基於陽極氧化多孔氧化膜的不鏽鋼表面抗菌層的製作方法
2024-02-12 06:41:15
專利名稱：基於陽極氧化多孔氧化膜的不鏽鋼表面抗菌層的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於陽極氧化多孔氧化膜的不鏽鋼表面抗菌層。
背景技術：
不鏽鋼在人類日常生活中應用十分廣泛，如食品工業的運輸箱、餐車、食品架、食 品加工機械，醫療器械如手術工具、手術推車，公共設施如電梯、樓梯扶手、欄杆，家庭用品 如水槽、櫥櫃、碗櫃、洗衣機內膽、淋浴器、水箱、門把手、拉手等。普通不鏽鋼不具有抗菌功 能，有害細菌易在不鏽鋼製品上孳生，容易造成細菌的接觸傳播，給人體健康帶來隱患。在 人類日常接觸的不鏽鋼製品上採用抗菌不鏽鋼，將可抑制細菌孳生，避免接觸傳播。現已開 發的含銅或含銀整體抗菌不鏽鋼抗菌持久、不怕磨損，但由於使用大量的銀或銅，材料成本 高。由於大部分場合下起抗菌作用的都是不鏽鋼表面，利用噴塗、輥塗、溶膠-凝膠、複合 鍍、磁控濺射等工藝在不鏽鋼表面塗覆抗菌材料可降低抗菌不鏽鋼成本，但抗菌塗層與基 體間主要是機械嵌合，結合力不夠高，使用過程中容易發生剝落。
實用新型內容本實用新型針對現有不鏽鋼表面抗菌塗層存在的剝落問題，提出一種基於陽極氧 化多孔氧化膜的不鏽鋼表面抗菌層。同時提出一種基於不鏽鋼表面陽極氧化多孔氧化膜植 入抗菌金屬元素製備不鏽鋼表面抗菌層的方法。植入的抗菌金屬元素可以是銀、銅等具有 抗菌功能的金屬元素。本實用新型提供的一種基於陽極氧化多孔氧化膜的不鏽鋼表面抗菌層，該不鏽鋼 表面抗菌層是在不鏽鋼表面有一層多孔氧化膜，多孔氧化膜的孔中是抗菌金屬元素。上述多孔氧化膜膜厚是5. 3 60 μ m，多孔氧化膜的孔呈圓柱狀，孔直徑100 400nm，孔密度 1. 0 12X109/cm2。上述孔中的抗菌金屬元素的直徑與多孔氧化膜的孔直徑相同；其長度是5 40 μ m,小於多孔氧化膜膜的厚度。本實用新型還提供的一種製備表面抗菌不鏽鋼的方法先在不鏽鋼表面採用陽極 氧化法製備多孔氧化膜，然後以多孔氧化膜為載體，在含有抗菌金屬離子的電解液中進行 交流電解沉積，利用抗菌金屬離子在氧化膜孔隙內的電解還原作用，將抗菌金屬元素植入 在氧化膜的孔隙中，使氧化膜具有抗菌性，從而在不鏽鋼表面製備出抗菌外層。上述不鏽鋼為SUS304不鏽鋼，經電解拋光、除油、活化後進行陽極氧化；陽極氧化 設備採用WYK-15010K直流穩壓穩流電源，用鉛板為對電極，電解液分別採用硫酸去離子水 溶液、草酸去離子水溶液或檸檬酸去離子水溶液；氧化電壓10 100V，電流密度1 2A/ dm2,電解液溫度24 35°C，氧化時間30 60min。上述電解液是硫酸、草酸或檸檬酸的去離子水溶液，其中硫酸濃度150 300g · Γ1，草酸濃度40 IOOg · Γ1，檸檬酸濃度100 400g · L1。採用SVC-500VA全自動交流穩壓電源對陽極氧化多孔氧化膜進行抗菌金屬元素沉積，交流電解沉積採用的電解液在沉積銀時採用硝酸銀和硫酸的混合液、在沉積銅時採 用硫酸銅和硫酸的混合液；沉積銀採用的工藝參數為沉積電流密度1. 5A/dm2，沉積電壓 25V,電解液溫度30°C，沉積時間20 60min ；沉積銅採用的工藝參數為沉積電流密度 1. OA/dm2，沉積電壓15V，電解液溫度25°C，沉積時間20 70min。 上述硝酸銀和硫酸的混合液中，硝酸銀濃度IOg · Γ1，硫酸濃度20g · Γ1。上述硫酸銅和硫酸的混合液中，硫酸銅濃度15g · L—1，硫酸濃度18g · Γ1。根據不鏽鋼製品的抗菌要求，可植入不同的抗菌金屬元素，且多孔氧化膜的孔隙 尺寸、孔隙密度可以通過改變陽極氧化液配方、陽極氧化工藝進行控制，抗菌金屬元素的植 入量可以通過改變交流電解沉積工藝進行控制。本實用新型的有益效果在於(1)抗菌層與基體結合力強。由於陽極氧化製備的多孔氧化膜與基體之間為冶金 結合，所以和塗層抗菌不鏽鋼相比，該技術製備的表面抗菌層不存在剝落問題。(2)成本低。含銀或含銅整體抗菌不鏽鋼是在整體材料中添加貴金屬元素銀或銅， 銅的添加量通常為1.5% 3.8%，銀的添加量通常為0.4%左右，貴金屬用量大，成本高。 該技術製備的不鏽鋼表面抗菌層的厚度只有幾十微米，所以銀或銅的消耗量大大降低。同 時，由於抗菌層是在含銀或含銅溶液中形成，可以用廉價的硝酸銀或硫酸銅來代替純銀或 純銅金屬。所以該技術製備的抗菌層成本大大降低。(3)工藝簡單。陽極氧化及交流電解沉積等操作均在普通電鍍槽內進行，該技術容 易推廣。該技術還可用於鋁合金、鈦合金、鎂合金表面製備抗菌層。(4)抗菌層耐蝕性、耐磨性好。陽極氧化膜具有很好的耐蝕性和耐磨性，建立在陽 極氧化多孔氧化膜基礎上的抗菌層同樣具有很好的耐蝕性和耐磨性。
圖1是本實用新型的不鏽鋼表面陽極氧化多孔氧化膜的結構圖。圖2是本實用新型的基於陽極氧化多孔氧化膜的不鏽鋼表面抗菌層的結構圖。圖中標號說明1_陽極氧化多孔氧化膜；2-孔隙；3-不鏽鋼基體；4-抗菌金屬元素。
具體實施方式
實施例以SUS304不鏽鋼為基體材料，線切割成20mmX 20mmX Imm的試樣，經電解拋光、除 油、活化後，進行陽極氧化。陽極氧化設備採用WYK-15010K直流穩壓穩流電源(電壓O 150V，電流O 10A)，用尺寸為25mmX25mmX3. 6mm的鉛板為對電極，電解液分別採用硫酸 去離子水溶液、草酸去離子水溶液、檸檬酸去離子水溶液。表1為部分陽極氧化工藝參數及 多孔氧化膜結構參數。採用SVC-500VA全自動交流穩壓電源(輸出電壓220V)對陽極氧化多孔氧化膜進 行抗菌金屬元素沉積，電解液採用含硝酸銀的去離子水溶液。沉積的銀為單質銀，呈圓柱 狀，直徑與多孔膜的孔徑相同，長度取決於沉積時間。表2為部分多孔氧化膜沉積銀後膜孔 內銀的結構參數；表3為部分多孔氧化膜沉積銅後膜孔內銀的結構參數。[0025]採用《JISZ2801-2000抗菌加工製品一一抗菌試驗方法和抗菌效果》標準檢測方 法，檢測抗菌氧化膜對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、綠膿桿菌的抗菌性能。表4為部分抗菌氧化膜的抗菌性能。表1陽極氧化工藝參數及氧化膜結構參數
權利要求1.一種基於陽極氧化多孔氧化膜的不鏽鋼表面抗菌層，其特徵在於在不鏽鋼表面有 一層多孔氧化膜，多孔氧化膜的孔中是抗菌金屬元素。
2.根據權利要求1所述的不鏽鋼表面抗菌層，其特徵在於上述多孔氧化膜膜厚是 5. 3 60 μ m，多孔氧化膜的孔呈圓柱狀，孔直徑100 400nm,孔密度1. 0 12 X 109/cm2。
3.根據權利要求1所述的不鏽鋼表面抗菌層，其特徵在於上述孔中的抗菌金屬元素 的直徑與多孔氧化膜的孔直徑相同；其長度是5 40 μ m，小於多孔氧化膜膜的厚度。
專利摘要本實用新型公開了一種基於陽極氧化多孔氧化膜的不鏽鋼表面抗菌層，所述的不鏽鋼表面抗菌層是在不鏽鋼表面有一層多孔氧化膜，多孔氧化膜的孔中是抗菌金屬元素；上述多孔氧化膜膜厚是5.3～60μm，孔直徑100～400nm，孔密度1.0～12×109/cm2；上述孔中的抗菌金屬元素的直徑與多孔氧化膜直徑相同；其長度是5～40μm，小於多孔氧化膜膜的厚度；該表面抗菌層與基體間為冶金結合，不存在剝落問題，且製備工藝簡單，成本低。
文檔編號C25D11/34GK201785524SQ20102024091
公開日2011年4月6日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者張豔梅, 揭曉華 申請人:廣東工業大學