CN108728762B - 一种具备快速杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种具备快速杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢，其化学成分为(质量百分数)：C：≤0.03；Si：0.3‑0.6；Mn：0.4‑0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；Cr：17.0‑18.5；Ni：7.5‑8.5；Cu：3.5‑5.0；Ga：0.2‑2.0；余量为Fe。在奥氏体不锈钢基体中添加Ga元素，通过相应的热处理，使材料在基体中析出Fe3Ga中间相，从而赋予材料快速杀菌性能以及在高细菌浓度下的抗菌性能。该不锈钢能够应用于医疗器具涉及到的相关不锈钢制品，降低因医疗相关产品而引发的院内细菌感染等问题。

Description

一种具备快速杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢
技术领域
本发明涉及不锈钢领域，特别提供一种具有快速杀菌性能的奥氏体不锈钢，通过在奥氏体不锈钢基体中添加适量Ga元素，采用独特的热处理工艺，使材料具有快速并强烈的杀菌功能。
背景技术
世界卫生组织的统计数据显示，全球每年数百万人因医院感染而死亡，而我国每年超过400万人因住院而发生医院感染。2011年韩国媒体曾报道，韩国国内44家大型医院总共有5251个超级细菌感染案例，相当于每一家医院就有超过100件的个案。我国医院感染平均发生率在5％左右，而某些大型教学医院的医院感染发生率达到了10.85％左右。医院保洁在预防此类感染上发挥着重要的作用，但一些大型医院，就医患者每天多则上万，且流动性极大，医院的消毒范围和消毒速度远远追不上细菌的繁殖和传播速度。此外，大量的调查研究证实，接近患者的环境表面(床旁桌、床栏)会有很多微生物存在，甚至持续存活。如金黄色葡萄球菌、肠球菌能在医院环境中长期生存。近年来物体表面在医院感染传播中的作用受到重视。研究显示，物体表面尽管只是偶尔涉及将感染直接传给病人，但在医疗设备污染方面起十分重要的间接作用，因此物表的及时清洁消毒是非常必要的。但需要注意的是物表在用清洁剂清洁消毒后仍发现临床上重要的病原微生物，物体表面和仪器设备可能仍有感染传播危险。正是因为如此严峻的现状，抗菌制品的研发受到了越来越多研究者的重视。
抗菌不锈钢是指在现有不锈钢的基体或表面上添加具有抗菌作用的金属元素，如铜(Cu)、银(Ag)等，通过特殊的热处理操作使材料获得兼具优良抗菌性能及良好力学、耐蚀性能的新型钢铁材料。
现阶段大量的抗菌不锈钢主要是在不锈钢基体中添加具有杀菌作用的Cu和Ag等元素。如申请号为02144683.0、200510013238.9、200710038732和200510111742.2的专利中，在不锈钢基体中添加Cu或者Ag元素，通过抗菌元素的单独或协同杀菌作用，制备出了具备抗菌性能的不锈钢。但需要注意的是，现有相关专利中均未表明抗菌不锈钢杀菌的快速性以及在高细菌浓度下的抗菌性能，而对于医院这种复杂的环境，快速杀菌性能及高细菌浓度下的抗菌性显得尤为重要。
因此，本发明研究开发了一种具备快速杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢，首次创新性地提出了在奥氏体不锈钢基体中添加适量的Ga元素，通过特殊的热处理，赋予了材料快速杀菌性能以及在高细菌浓度下的优异抗菌性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备快速杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢，在奥氏体不锈钢基体中添加Ga元素，通过相应的热处理，使材料在基体中析出Fe3Ga中间相，从而赋予材料快速杀菌性能以及在高细菌浓度下的抗菌性能。该不锈钢能够应用于医疗器具涉及到的相关不锈钢制品，降低因医疗相关产品而引发的院内细菌感染等问题。
本发明的技术方案是：
一种具备快速杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢，该材料的化学成分如下(wt.％)：C：≤0.03；Si：0.3-0.6；Mn：0.4-0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；Cr：17.0-18.5；Ni：7.5-8.5；Cu：3.5-5.0；Ga：0.2-2.0；余量为Fe。作为优选的技术方案：Ga元素的范围为Ga：0.5-1.5(wt.％)。
Ga元素是本发明中最重要的成分，也是使材料具备快速杀菌性能及高细菌浓度下抗菌性能的根本所在。Ga元素能够扰乱细菌的正常新陈代谢，进而杀死细菌。此外，金属Ga是一种低熔点高沸点的金属，Ga元素在钢中是封闭奥氏体区的元素，由Fe-Ga二元相图可知，Ga在γ-Fe中的最大固溶度为3.25at.％，并且Ga在γ-Fe的固溶度随着温度的变化而变化，这也促使了Ga元素能够在较低温度下能够以第二相的方式析出。通过不锈钢表面的第二相而溶出的Ga3+离子协同Cu离子能够快速并在高细菌浓度下杀死细菌，是本发明的主要创新点。
本发明还提供了上述奥氏体抗菌不锈钢的热处理方法，这也是本发明中很重要的一部分，其具体步骤为：在1020-1060℃固溶处理0.5-1h，水冷至室温，之后在500-700℃时效处理3-8h，空冷至室温。固溶处理能够使Ga元素完全固溶到奥氏体基体中，形成过饱和固溶体。之后进行时效处理，能够使Ga元素以第二相的形式从过饱和固溶体逐渐析出，在奥氏体基体中析出一定量的Fe3Ga中间相，这也是材料具备快速杀菌性能和高抗菌性的根本所在。
本发明的有益效果是：
本发明提出了在奥氏体不锈钢基体中添加Ga元素，设计出了一种具备快速杀菌及强烈杀菌能力的奥氏体抗菌不锈钢。通过Ga元素的成分设计及相应的热处理，能够使奥氏体不锈钢基体中析出大量的具有强烈杀菌能力的Fe3Ga中间相，使其具备优异的抗菌性能，进而降低院内细菌感染的问题。
附图说明
图1为本发明中实施例与对比例对大肠杆菌的抗菌结果：(a，b)高细菌浓度(109CFU/ml)，共培养24h；(c，d)较短培养时间(2h)，细菌浓度为105CFU/ml。
具体实施方式
以下用实施例对本发明作更一步的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。
实施例：实施例1-6为本发明新型奥氏体抗菌不锈钢，其化学成分见表1。经熔炼、锻造、热锻、热轧及冷轧制成1mm厚板材。再进行抗菌热处理，固溶温度为1030℃，时间为30分钟，时效温度为580℃，时间为5h。
对比例：对比例1为普通奥氏体抗菌不锈钢，对比例2为含有微量Ga元素的抗菌不锈钢，对比例3为含有大量Ga元素的抗菌不锈钢，其化学成分见表1，具体处理工艺与实施例相同。
表1实施例和对比例材料化学成分(wt.％)
(1)抗菌性能检测
根据“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准规定，定量测试了表1所示成分金属对常见感染细菌(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)作用后的杀菌率。其中杀菌率的计算公式为：杀菌率(％)＝[(对照样品活菌数-奥氏体抗菌不锈钢活菌数)/对照样品活菌数]×100％，对照样品活菌数是普通304L奥氏体不锈钢样品上进行细菌培养后的活菌数，奥氏体抗菌不锈钢活菌数是指热处理后的奥氏体抗菌不锈钢进行细菌培养后的活菌数。
表2所示为实施例与对比例在不同细菌浓度下共培养24h后对金黄色葡萄球菌抗菌结果以及在不同培养时间下细菌浓度为105CFU/ml时对金黄色葡萄球菌抗菌结果。从表中可发现，Ga元素的添加对钢的快速杀菌性能和高细菌浓度下的杀菌性能起到非常重要的作用。当Ga含量高于0.5wt.％时，材料在较短培养时间以及高细菌浓度下均具有优异的抗菌性能。
表2实施例与对比例抗菌结果
综上所述，综合考虑材料的抗菌性能及经济成本，设定Ga元素的含量范围为0.2-2.0wt.％，材料在此Ga元素范围内具备快速及强效的杀菌性能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具备快速杀菌性能的奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于，其化学成分为质量百分比：C：≤0.03；Si：0.3-0.6；Mn：0.4-0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；N：≤0.02；Cr：17.0-18.5；Ni：7.5-8.5；Cu：3.5-5.0；Ga：0.5-2.0；余量为Fe；该不锈钢对浓度为107CFU/mL的细菌具有有效抗菌作用。
2.按照权利要求1所述奥氏体抗菌不锈钢，其特征在于：Ga元素的范围为Ga：0.5-1.5wt.％。
3.一种权利要求1或2所述奥氏体抗菌不锈钢的抗菌热处理方法，其特征在于：在1020-1060℃固溶处理0.5-1h，水冷至室温，之后在500-700℃时效处理3-8h，空冷至室温。
4.一种权利要求1或2所述奥氏体抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于：所述的抗菌不锈钢在真空感应炉中熔炼，经铸造、锻造、热轧、冷轧后加工成型，在热轧后任意加工工艺处进行抗菌热处理。
5.一种按照权利要求3所述的热处理方法获得的不锈钢的应用，其特征在于：该奥氏体抗菌不锈钢用于制备医疗相关器具。
6.按照权利要求5所述不锈钢的应用，其特征在于：所述医疗相关器具为手术器械、病房护理设备涉及到的不锈钢制品。
7.按照权利要求6所述不锈钢的应用，其特征在于：所述手术器械为镊子、托盘或手术用移动操作台。
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