CN101029375A

CN101029375A - 一种奥氏体抗菌不锈钢

Info

Publication number: CN101029375A
Application number: CN 200710038732
Authority: CN
Inventors: 程晓英; 冯晓钰; 洪波
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: Shanghai University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-09-05

Abstract

本发明涉及一种奥氏体抗菌不锈钢，该抗菌不锈钢的化学组成以重量百分比计为：C 0.05～0.08％，Cr 17.00～19.00％，Ni 8.00～11.00％，Mn 1.00～2.00％，Si 0.50～0.80％，S 0.001～0.03％，P 0.001～0.03％，Ag 0～2.00％，Cu 1.00～4.00％，B 0.0001～0.007％，余量为Fe。本发明的抗菌不锈钢同时加入铜、银和微量元素硼，使其表现出了优良的抗菌能力，且耐腐蚀性能和机械性能好，可用于食品加工、药品生产、餐具炊具、卫浴设备、医疗器械以及公共场合设施等。

Description

一种奥氏体抗菌不锈钢

技术领域

本发明涉及一种奥氏体抗菌不锈钢，属金属材料及加工技术领域。

背景技术

微生物与人类息息相关，绝大多数微生物对人体是有益的，但极少数对人体有害。随着人们对环境微生物的研究和认识水平的不断提高，在利用微生物的同时，也十分警惕其作为病原菌的危害性。近年来，由细菌感染而引发的疾病曾多次引起世界范围内的恐慌，抗菌材料的研发和应用成为当今科技领域内的重要课题之一。抗菌不锈钢作为一种新型抗菌材料，兼具结构材料和抗菌功能材料的双重特点，极大地拓宽了抗菌材料的应用领域，可广泛应用于食品加工、药品生产、餐具炊具、卫浴设备、医疗器械以及公共场合设施，另外还可以应用于微生物腐蚀破坏严重的工程金属结构，如水电站水坝，轮船等。

日本在抗菌不锈钢研究方面起步较早，国内在该领域的研究起步相对较晚，但发展迅速。专利JPA平8-49085、JPA平8-156175和CN1410587A提出表面溅射富银/富铜的金属层，或表面涂覆有机/无机抗菌层。这种表面抗菌层容易因为磨损或脱落，而失去抗菌性能，且表面加工工艺复杂。专利JPA平8-104952、JPA平8-104953、JPA平9-170053、JP99800249.6、CN1498981A、CN1504588A和CN1789471A直接将铜或银加入奥氏体/铁素体/马氏体不锈钢中，这种抗菌不锈钢抗菌性好，作用持久，反复摩擦后仍具有良好的抗菌性能。但是存在Ag的溶解度很小，以及加铜容易导致不锈钢的耐腐蚀性下降的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述抗菌不锈钢耐腐蚀性能下降这一缺点，提供一种具有优异的抗菌性能，还具有较好的耐腐蚀性能和机械性能的奥氏体抗菌不锈钢。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。

一种奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于该钢的化学组成以重量百分比计为：C0.05～0.08％，Cr 17.00～19.00％，Ni 8.00～11.00％，Mn 1.00～2.00％，Si 0.50～0.80％，S 0.001～0.03％，P 0.001～0.03％，Ag 0～2.00％，Cu 1.00～4.00％，B 0.0001～0.007％，余量为Fe。

本发明的抗菌不锈钢是在304奥氏体不锈钢的基础上同时加入铜、银和微量合金硼制成的。加入了铜和银，利用银在铜中溶解度远大于银在铁中的溶解度，解决了只加银的抗菌不锈钢，银很难溶入的问题。另一方面，由于铜离子的抗菌能力不如银，在保证优良抗菌性能情况下，只含铜的抗菌不锈钢含铜量往往比只加银的抗菌不锈钢含银量多很多，铜以ε-Cu相析出，导致不锈钢表面钝化膜不连续，耐腐蚀性能下降。而同时含铜和银的抗菌不锈钢，加入铜的量相对只含铜抗菌不锈钢少，铜对耐腐蚀性能影响减小。铜离子、银离子共同杀菌，表现出了良好的抗菌性能。加入微量元素硼，硼作为表面活性元素，在钢中吸附在奥氏体晶界上这一特点，来阻止ε-Cu相在晶界处偏聚，从而最低限度地减少不锈钢的耐腐蚀性能下降。

本发明的奥氏体抗菌不锈钢可用真空电弧炉或真空感应炉中进行熔炼，将铸锭于1000℃热轧，然后进行抗菌热处理：1050℃固溶，500-800℃时效2-10h，最后冷轧、酸洗。

本发明的奥氏体抗菌不锈钢具有良好的抗菌性能、耐腐蚀性能和机械性能，能广泛应用于食品加工、药品生产、餐具炊具、卫浴设备、医疗器械以及公共场合设施等。

附图说明

图1为本发明的奥氏体抗菌不锈钢的TEM照片。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例1

本实施例的奥氏体抗菌不锈钢，按其化学组成以重量百分比计为：C 0.07％，Cr17.53％，Ni 8.87％，Mn 1.38％，Si 0.62％，S 0.01％，P 0.01％，Ag 0.04％，Cu 1.5％，B 0.005％，其余为Fe。配料时在304奥氏体不锈钢的基础上按以上成分比例加入Ag，Cu和B，其中B以Ni B中间合金加入，在真空电弧炉中熔炼。将浇注出的钢锭在1000℃进行热轧、然后进行抗菌热处理：1050℃固溶，700℃时效10h，最后冷轧、酸洗，得到奥氏体抗菌不锈钢板，分别进行如下试验：

1.微观组织分析

将抗菌处理后的上述同时添加铜和银的奥氏体不锈钢制成透射电镜试样，分析其微观组织，在不锈钢基体中弥散分布着纳米级抗菌相，大小在6～15nm之间，其照片见附图。

2.抗菌实验

将抗菌处理后的抗菌不锈钢钢板制成10mm×10mm×1mm的试样，600粒度的Al₂O₃砂纸机械抛光，最后丙酮溶液中超声波清洗后进行抗菌实验。

实验菌种为革兰氏阴性的大肠杆菌，革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌和黄曲霉菌。采用营养琼脂培养基，具体成分如表1。制法：除琼脂外其他成分溶解于蒸馏水中，调pH至7.2～7.4，加入琼脂，加热溶解，分装，121℃灭菌20min后备用。采用0.03mol/L，PBS缓冲液，PH值为7.2，其成分如表2所示。

表1 营养琼脂培养基成分

蛋白胨	牛肉膏	氯化钠	琼脂	蒸馏水
蛋白胨	牛肉膏	氯化钠	琼脂	蒸馏水	10g	3g	5g	15g～20g	1000mL

表2 0.03mol/L PBS缓冲液成分

磷酸氢二钠	无水磷酸二氢钠	蒸馏水
磷酸氢二钠	无水磷酸二氢钠	蒸馏水	2.83g	1.36g	1000ml

抗菌实验具体实验步骤如下：

将经乙醇清洗后的样品在121℃下高温灭菌20min.。

将接种后的菌种用PBS液稀释成浓度为10⁴cfu/ml的标准菌液，并将1ml标准菌液放入盛有样品的5ml三角瓶中。

将盛有菌液及样品的三角瓶放入37℃的培养箱内振荡培养24h，也保持湿度使菌液不致挥发。

用平板法在37℃的培养箱内放置48h后计数细菌个数，并计算杀菌率。

计算杀菌率的公式为：

其中，对照不锈钢生菌数是304不锈钢进行细菌培养实验后的活菌数，而抗菌不锈钢生菌数是指试验抗菌不锈钢进行细菌培养实验后的活菌数。每个菌种和样品均重复3次，求平均值。

抗菌结果为：

大肠杆菌抗菌率≥95％

金黄色葡萄球菌≥95％

3.耐腐蚀性能

将经过抗菌处理的抗菌不锈钢切成10mm×10mm×1mm的试样，用600粒度的Al₂O₃砂纸进行机械抛光。在3.5wt％的NaCl溶液中，空气气氛下，电位扫描速率0.332mv/s，得到极化曲线，以其点蚀电压表征耐腐蚀性。实验得到其点蚀电压为130mV。304不锈钢在此条件下测得的点蚀电压为225mV，没有添加硼元素，其他成分相同的抗菌不锈钢在此条件下测得的点蚀电压为90mV，硼的加入可以提高抗菌不锈钢的耐腐蚀性能。

4.机械性能

将经过抗菌处理的抗菌不锈钢切成拉伸试样(拉伸标距12mm，厚1mm)。用600粒度的Al₂O₃砂纸进行机械抛光。用MTS-810电伺服疲劳试验机室温，空气中进行拉伸实验，拉伸速率为2×10^-3s^-1，得到应力-应变曲线。得到如下力学性能：σ_b：560Mpa，δ：78％

实施例2

本实施例的奥氏体抗菌不锈钢，按其化学组成以重量百分比计为：C 0.07％，Cr17.18％，Ni 8.69％，Mn 1.35％，Si 0.61％，S 0.01％，P 0.01％，Cu 3.5％，B 0.005％，其余为Fe。本实施例的奥氏体抗菌不锈钢的制备方法和性能试验与实施例1相同，得到如下试验结果：

抗菌性能：

大肠杆菌抗菌率≥91％

金黄色葡萄球菌≥91％

耐腐蚀性能：点蚀电压为155mV

机械性能：σ_b 690Mpa，δ63％

Claims

1.一种奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于该钢的化学组成以重量百分比计为：C 0.05～0.08％，Cr 17.00～19.00％，Ni 8.00～11.00％，Mn 1.00～2.00％，Si 0.50～0.80％，S 0.001～0.03％，P 0.001～0.03％，Ag 0～2.00％，Cu 1.00～4.00％，B 0.0001～0.007％，余量为Fe。

2.按权利要求1所述的奥氏体抗菌不锈钢，其特征是该钢的化学组成中：Ag 0.04～1.50％，Cu 1.50～3.00％，B 0.001～0.005％。