CN101007351A - 粉末冶金复合抗菌不锈钢器具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粉末冶金复合抗菌不锈钢器具的制备方法，包括：将不锈钢粉成型制成生坯；在不锈钢粉中加入抗菌金属粉，制成混合粉；生坯与混合粉一起成型，使生坯的外表均匀包覆混合粉，然后进行烧结，进行热处理得到粉末冶金复合抗菌不锈钢器具，包括刀、剪、钳、叉、碗、盘、勺、镊子、杯的整体或其组合构件。其表面抗菌层中的抗菌金属离子在使用过程中溶出而使器具发挥抗菌作用。
Description
技术领域
本发明涉及食品及其加工、日常生活与医疗卫生用不锈钢器具，具体是指粉末冶金复合抗菌不锈钢器具及其制备方法。
背景技术
自然界的有害微生物严重威胁人类的健康，全世界每年都有数百万人死于细菌感染。人类感染细菌的途径主要是通过入口的食物和接触带菌物，与食品直接接触的厨具、日常生活用具、尤其是医疗器具往往成为微生物滋生繁殖的源泉，食品业、医疗卫生业、一般家庭对防菌和抗菌性能优良的厨具和医疗器具产品的需求日益提高。
抗菌材料是指本身具有杀灭或抑制微生物功能的材料，研究发现Ag、Co、Ni、Al、Zn、Cu等都具有一定的抗菌性，尤其以银，铜的效果最好。金属离子抗菌剂的抗菌机理主要是接触杀菌，当菌类的负电荷表面吸附一定浓度的金属离子时，金属离子就能吸附到细胞膜的蛋自质上，浓度增大时能和细菌中蛋白质的硫醇结合，使微生物不能进行能量代谢，从而导致蛋白质变性，破坏其生理机能。无机抗菌剂的主要特点是耐热性好、抗菌范围广、有效抗菌期长、毒性低、不产生耐药性。
目前，以整体冶炼添加铜、银的方法获得的抗菌不锈钢和通过材料表面改性技术制备了含铜、银抗菌不锈钢，以及由马氏体系不锈钢板与铜板或铜合金板通过轧制复合制成的抗菌复合钢板皆在抗菌不锈钢器具生产上获得应用并显示出优异的抗菌效果。添加了3％～4％Cu的马氏体不锈钢，由于具有抗菌效果的铜离子等的溶出而发挥抗菌作用，经过24h后可使黄色葡萄球菌、大肠杆菌、沙门氏菌等细菌的灭菌率达到98％以上。通过材料表面改性技术制备了含铜、银抗菌不锈钢是利用沉积在钢材表面的含有含铜、银离子的涂覆(镀)层而发挥抗菌效能。抗菌复合钢板是利用将其刃口部分磨削后暴露出的铜层中溶出的铜离子而发挥抗菌效力。
冶炼法获得抗菌不锈钢对能源与原料消耗过多、成分调整控制困难、生产成本高、生产环境污染严重。通过材料表面改性技术制备抗菌不锈钢，虽然抗菌性能优异，但耐蚀性有所下降，而且制备过程复杂、效率低、生产成本高。采用扎制复合抗菌不锈钢钢板作厨具时，其主要缺点是材料成本较高，而且不锈钢与铜复合所显露出的色彩容易不规则而有损于美观性。所以，虽然目前采用上述三类抗菌不锈钢生产的厨具与医疗器具确实具有一定的杀菌效果，但作为抗菌厨具和医疗器具制造方面的应用尚未达到普及的程度。
与其它金属材料制造工艺相比，粉末冶金技术具有以下几个特点：
(1)易于调整成分。
(2)可制造出用其它金属成形工艺不能制造的复杂或奇特的形状。
(3)不需要或只需极少量切削加工，材料利用率高达97％。
(4)尺寸公差小且具有再现性。
(5)适于大批量生产。
(6)表面光洁度较好。
其中最重要的是利用粉末冶金技术可以非常便利地通过调整成分使材料具有适于不同应用场合所需的抗菌功能，高的材料利用率有利于材料成本的降低，出色的成型工艺性可极大地拓宽产品的应用领域。目前，抗菌不锈钢器具生产主要采用熔炼铸造法生产的抗菌不锈钢和轧制法生产的复合不锈钢，尚未见到有关利用粉末冶金法生产抗菌不锈钢厨具和医疗器具的技术报道。
不锈钢抗菌材料主要是由抗菌金属离子在使用过程中溶出而使器具发挥抗菌作用，因此发挥作用的是材料表层中的抗菌元素。虽然有利用粉末注射成型方法制备含铜抗菌不锈钢的报道，但利用粉末冶金方法制备由不锈钢基体和表面抗菌层组成的复合抗菌材料尚未见任何相关报道。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述现有产品和技术中存在的不足之处，提供粉末冶金复合抗菌不锈钢器具的制备方法，利用粉末冶金二次成型方法，在用不锈钢粉预先制备的生坯上包覆由不锈钢粉与抗菌元素粉组成的混合粉，通过二次成型、烧结工艺制成具有抗菌功能的复合不锈钢器具。该产品合金成分调整工艺简单，可非常便利地通过调整抗菌元素的添加比例来适应不同应用场合对抗菌效果的要求；产品中抗菌元素分布均匀，更有益于抗菌效果的充分发挥；产品制造工艺材料利用率高，并且只在表层使用贵重的抗菌技术元素，可有效节省贵金属元素的消耗，降低材料成本；可方便地制造出各种复杂形状的产品，适用于更为广泛的应用领域。
本发明的目的还在于提供所述方法制备的粉末冶金复合抗菌不锈钢器具。
本发明的粉末冶金复合抗菌不锈钢器具的制备方法，包括如下步骤：
(1)将不锈钢粉成型制成生坯；
(2)以重量份数计，在80～99.99份重量的不锈钢粉中加入0.01～20份重量的抗菌金属粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)步骤(1)制成的生坯与步骤(2)制成的混合粉一起成型，使生坯的外表均匀包覆混合粉，然后进行烧结，制成由表面抗菌层和不锈钢基体构成的复合不锈钢器具；
(4)对步骤(3)制成的复合不锈钢器具进行热处理。
所述抗菌金属粉包括Ag粉、Cu粉、Zn粉中的一种或一种以上混合物。
所述不锈钢粉包括奥氏体不锈钢粉、马氏体不锈钢粉、铁素体不锈钢粉或奥氏体-铁素体双相不锈钢粉。
步骤(1)和(3)中所述成型方法包括模压和/或粉末注射成型。
所述的方法制备的粉末冶金复合抗菌不锈钢器具，包括刀、剪、钳、叉、碗、盘、勺、镊子、杯的整体或其组合构件。
本发明的原理如下：利用粉末冶金二次成型方法，在用奥氏体不锈钢粉、马氏体不锈钢粉、铁素体不锈钢粉和奥氏体-铁素体双相不锈钢粉粉预先制备的生坯上包覆由上述不锈钢粉与抗菌元素Ag、Cu、Zn粉组成的混合粉，通过烧结和热处理，制成由具有抗菌功能的表面层与普通不锈钢基体组成的复合不锈钢刀、剪、钳、叉、碗、盘、勺、镊子、杯的整体和部分。利用表面层中的具有抗菌效果的Ag、Cu、Zn离子等的溶出而发挥抗菌作用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1.采用粉末冶金方法制备复合抗菌不锈钢厨具和医疗器具，合金成分调整工艺简单，可非常便利地通过调整抗菌元素的添加比例来适应不同应用场合对抗菌作用的要求；
2.采用粉末冶金方法制备复合抗菌不锈钢厨具和医疗器具，易于实现抗菌元素的弥散、均匀分布，更有益于抗菌效果的充分发挥；
3.采用粉末冶金方法制备复合抗菌不锈钢厨具和医疗器具，材料利用率高，可有效节省贵金属元素的消耗，降低材料成本；
4.采用粉末冶金方法制备复合抗菌不锈钢厨具和医疗器具，可制造各种复杂形状的产品，适用于更为广泛的应用领域。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将3Cr13马氏体不锈钢粉模压成型制成刀柄生坯；
(2)以重量份数计，在99.99份的3Cr13马氏体不锈钢粉中加入0.01份的银粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用粉末注射成型方法进行二次成型，在(1)制成的刀柄生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1100℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢刀柄；
(4)对(3)制成的复合不锈钢刀柄进行1000℃淬火+200℃回火处理。
制得粉末冶金复合马氏体抗菌不锈钢刀柄。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了90％以上。
实施例2
(1)将1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢粉用粉末注射成型方法制成止血钳生坯；
(2)以重量份数计，在97份的1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢粉中加入3份的铜粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用粉末注射成型方法进行二次成型，在(1)制成的止血钳生坯的外表层均匀包覆
(2)制成的混合粉，然后在1300℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢止血钳；
(4)对(3)制成的复合不锈钢止血钳进行1150℃加热后水冷处理。
制得粉末冶金复合奥氏体抗菌不锈钢止血钳。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了99％。
实施例3
(1)将1Cr17铁素体不锈钢粉模压成型制成盘生坯；
(2)以重量份数计，在80份的1Cr17铁素体不锈钢粉中加入20份的锌粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用模压方法进行二次成型，在(1)制成的盘生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1100℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢盘；
(4)将(3)制成的复合不锈钢盘加热到800℃后空冷。
制得粉末冶金复合铁素体抗菌不锈钢盘。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了95％。
实施例4
(1)将1Cr18Ni11Si4AllTiMo23Cr13奥氏体+铁素体双相不锈钢粉用粉末注射成型方法制成碗生坯；
(2)以重量份数计，在90份的1Cr18Ni11Si4AllTiMo23Cr13奥氏体+铁素体双相不锈钢粉中加入10份的铜粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用模压成型方法进行二次成型，在(1)制成的碗生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1250℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢碗；
(4)对(3)制成的复合不锈钢碗进行1100℃固溶处理。
制得粉末冶金复合马氏体抗菌不锈钢碗。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了99％。
实施例5
(1)将9Cr18马氏体不锈钢粉模压成型制成刀生坯；
(2)以重量份数计，在96份的9Cr18马氏体不锈钢粉中加入4份的铜粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用模压成型方法进行二次成型，在(1)制成的刀生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1300℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢刀；
(4)对(3)制成的复合不锈钢刀进行1060℃淬火+250℃回火处理。
制得粉末冶金复合马氏体抗菌不锈钢刀。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了99％。
实施例6
(1)将0Cr18Ni9奥氏体不锈钢粉用粉末注射成型方法制成镊子生坯；
(2)以重量份数计，在98份的0Cr18Ni9奥氏体不锈钢粉中加入2份的银粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用粉末注射成型方法进行二次成型，在(1)制成的镊子生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1250℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢镊子；
(4)将(3)制成的复合不锈钢镊子加热到1050℃后水冷。
制得粉末冶金复合奥氏体抗菌不锈钢镊子。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了99％。
实施例7
(1)将0Cr13Al铁素体不锈钢粉用粉末注射成型制成杯生坯；
(2)以重量份数计，在92份的0Cr13Al铁素体不锈钢粉中加入8份的银粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用模压成型方法进行二次成型，在(1)制成的杯生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1050℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢杯；
(4)对(3)制成的复合不锈钢杯进行1000℃加热水冷+750℃回火处理。
制得粉末冶金复合铁素体抗菌不锈钢杯。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了99％。
实施例8
(1)将00Cr18Ni5Mo3Si2奥氏体+铁素体双相不锈钢粉模压成型制成勺生坯；
(2)以重量份数计，在85份的00Cr18Ni5Mo3Si2奥氏体+铁素体双相不锈钢粉中加入5份锌粉、5份银粉、5份铜粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用粉末注射成型方法进行二次成型，在(1)制成的勺生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1180℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢勺；
(4)对(3)制成的复合不锈钢勺进行1000℃固溶处理。
制得粉末冶金复合奥氏体+铁素体双相抗菌不锈钢勺。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了99％。
实施例9
(1)将1Cr17Ni2马氏体不锈钢粉模压成型制成剪生坯；
(2)以重量份数计，在95份的1Cr17Ni2马氏体不锈钢粉中加入5份的银粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用模压方法进行二次成型，在(1)制成的剪生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1250℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合不锈钢剪；
(4)对(3)制成的复合不锈钢剪进行1000℃淬火+300℃回火处理。
制得粉末冶金复合马氏体抗菌不锈钢剪。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了99％。
实施例10
(1)将1Cr18Ni9奥氏体不锈钢粉用注射成型方法制成叉生坯；
(2)以重量份数计，在96份的1Cr18Ni9奥氏体不锈钢粉中加入4份的锌粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)用粉末注射成型方法进行二次成型，在(1)制成的叉生坯的外表层均匀包覆(2)制成的混合粉，然后在1300℃进行烧结，制成由表面抗菌层和普通不锈钢基体组成的复合奥氏体不锈钢叉；
(4)对(3)制成的复合不锈钢叉进行1000℃加热后水冷处理。
制得粉末冶金复合马氏体抗菌不锈钢叉。用日本食品分析中心提出的“粘结薄膜法”对比测试，经在试样表面上进行35℃×24h大肠杆菌和金黄色葡萄球菌培养观察，抗菌效果达到了95％。
Claims (5)
1、粉末冶金复合抗菌不锈钢器具的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将不锈钢粉成型制成生坯；
(2)以重量份数计，在80～99.99份重量的不锈钢粉中加入0.01～20份重量的抗菌金属粉，充分混合均匀，制成混合粉；
(3)步骤(1)制成的生坯与步骤(2)制成的混合粉一起成型，使生坯的外表均匀包覆混合粉，然后进行烧结，制成由表面抗菌层和不锈钢基体构成的复合不锈钢器具；
(4)对步骤(3)制成的复合不锈钢器具进行热处理。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述抗菌金属粉包括Ag粉、Cu粉、Zn粉中的一种或一种以上混合物。
3、根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征是在于所述不锈钢粉包括奥氏体不锈钢粉、马氏体不锈钢粉、铁素体不锈钢粉或奥氏体-铁素体双相不锈钢粉。
4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在于步骤(1)和(3)中所述成型方法包括模压和/或粉末注射成型。
5、权利要求1-4之一所述的方法制备的粉末冶金复合抗菌不锈钢器具，其特征在于包括刀、剪、钳、叉、碗、盘、勺、镊子、杯的整体或其组合构件。
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