CN201785524U - 基于阳极氧化多孔氧化膜的不锈钢表面抗菌层 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于阳极氧化多孔氧化膜的不锈钢表面抗菌层，所述的不锈钢表面抗菌层是在不锈钢表面有一层多孔氧化膜，多孔氧化膜的孔中是抗菌金属元素；上述多孔氧化膜膜厚是5.3～60μm，孔直径100～400nm，孔密度1.0～12×109/cm2；上述孔中的抗菌金属元素的直径与多孔氧化膜直径相同；其长度是5～40μm，小于多孔氧化膜膜的厚度；该表面抗菌层与基体间为冶金结合，不存在剥落问题，且制备工艺简单，成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于阳极氧化多孔氧化膜的不锈钢表面抗菌层。
背景技术
不锈钢在人类日常生活中应用十分广泛，如食品工业的运输箱、餐车、食品架、食品加工机械，医疗器械如手术工具、手术推车，公共设施如电梯、楼梯扶手、栏杆，家庭用品如水槽、橱柜、碗柜、洗衣机内胆、淋浴器、水箱、门把手、拉手等。普通不锈钢不具有抗菌功能，有害细菌易在不锈钢制品上孳生，容易造成细菌的接触传播，给人体健康带来隐患。在人类日常接触的不锈钢制品上采用抗菌不锈钢，将可抑制细菌孳生，避免接触传播。现已开发的含铜或含银整体抗菌不锈钢抗菌持久、不怕磨损，但由于使用大量的银或铜，材料成本高。由于大部分场合下起抗菌作用的都是不锈钢表面，利用喷涂、辊涂、溶胶-凝胶、复合镀、磁控溅射等工艺在不锈钢表面涂覆抗菌材料可降低抗菌不锈钢成本，但抗菌涂层与基体间主要是机械嵌合，结合力不够高，使用过程中容易发生剥落。
实用新型内容
本实用新型针对现有不锈钢表面抗菌涂层存在的剥落问题，提出一种基于阳极氧化多孔氧化膜的不锈钢表面抗菌层。同时提出一种基于不锈钢表面阳极氧化多孔氧化膜植入抗菌金属元素制备不锈钢表面抗菌层的方法。植入的抗菌金属元素可以是银、铜等具有抗菌功能的金属元素。
本实用新型提供的一种基于阳极氧化多孔氧化膜的不锈钢表面抗菌层，该不锈钢表面抗菌层是在不锈钢表面有一层多孔氧化膜，多孔氧化膜的孔中是抗菌金属元素。
上述多孔氧化膜膜厚是5.3～60μm，多孔氧化膜的孔呈圆柱状，孔直径100～400nm，孔密度1.0～12×109/cm2。
上述孔中的抗菌金属元素的直径与多孔氧化膜的孔直径相同；其长度是5～40μm，小于多孔氧化膜膜的厚度。
本实用新型还提供的一种制备表面抗菌不锈钢的方法：先在不锈钢表面采用阳极氧化法制备多孔氧化膜，然后以多孔氧化膜为载体，在含有抗菌金属离子的电解液中进行交流电解沉积，利用抗菌金属离子在氧化膜孔隙内的电解还原作用，将抗菌金属元素植入在氧化膜的孔隙中，使氧化膜具有抗菌性，从而在不锈钢表面制备出抗菌外层。
上述不锈钢为SUS304不锈钢，经电解抛光、除油、活化后进行阳极氧化；阳极氧化设备采用WYK-15010K直流稳压稳流电源，用铅板为对电极，电解液分别采用硫酸去离子水溶液、草酸去离子水溶液或柠檬酸去离子水溶液；氧化电压10～100V，电流密度1～2A/dm2，电解液温度24～35℃，氧化时间30～60min。
上述电解液是硫酸、草酸或柠檬酸的去离子水溶液，其中硫酸浓度150～300g·L-1，草酸浓度40～100g·L-1，柠檬酸浓度100～400g·L-1。
采用SVC-500VA全自动交流稳压电源对阳极氧化多孔氧化膜进行抗菌金属元素沉积，交流电解沉积采用的电解液在沉积银时采用硝酸银和硫酸的混合液、在沉积铜时采用硫酸铜和硫酸的混合液；沉积银采用的工艺参数为：沉积电流密度1.5A/dm2，沉积电压25V，电解液温度30℃，沉积时间20～60min；沉积铜采用的工艺参数为：沉积电流密度1.0A/dm2，沉积电压15V，电解液温度25℃，沉积时间20～70min。
上述硝酸银和硫酸的混合液中，硝酸银浓度10g·L-1，硫酸浓度20g·L-1。
上述硫酸铜和硫酸的混合液中，硫酸铜浓度15g·L-1，硫酸浓度18g·L-1。
根据不锈钢制品的抗菌要求，可植入不同的抗菌金属元素，且多孔氧化膜的孔隙尺寸、孔隙密度可以通过改变阳极氧化液配方、阳极氧化工艺进行控制，抗菌金属元素的植入量可以通过改变交流电解沉积工艺进行控制。
本实用新型的有益效果在于：
(1)抗菌层与基体结合力强。由于阳极氧化制备的多孔氧化膜与基体之间为冶金结合，所以和涂层抗菌不锈钢相比，该技术制备的表面抗菌层不存在剥落问题。
(2)成本低。含银或含铜整体抗菌不锈钢是在整体材料中添加贵金属元素银或铜，铜的添加量通常为1.5％～3.8％，银的添加量通常为0.4％左右，贵金属用量大，成本高。该技术制备的不锈钢表面抗菌层的厚度只有几十微米，所以银或铜的消耗量大大降低。同时，由于抗菌层是在含银或含铜溶液中形成，可以用廉价的硝酸银或硫酸铜来代替纯银或纯铜金属。所以该技术制备的抗菌层成本大大降低。
(3)工艺简单。阳极氧化及交流电解沉积等操作均在普通电镀槽内进行，该技术容易推广。该技术还可用于铝合金、钛合金、镁合金表面制备抗菌层。
(4)抗菌层耐蚀性、耐磨性好。阳极氧化膜具有很好的耐蚀性和耐磨性，建立在阳极氧化多孔氧化膜基础上的抗菌层同样具有很好的耐蚀性和耐磨性。
附图说明
图1是本实用新型的不锈钢表面阳极氧化多孔氧化膜的结构图。
图2是本实用新型的基于阳极氧化多孔氧化膜的不锈钢表面抗菌层的结构图。
图中标号说明：1-阳极氧化多孔氧化膜；2-孔隙；3-不锈钢基体；4-抗菌金属元素。
具体实施方式
实施例
以SUS304不锈钢为基体材料，线切割成20mm×20mm×1mm的试样，经电解抛光、除油、活化后，进行阳极氧化。阳极氧化设备采用WYK-15010K直流稳压稳流电源(电压0～150V，电流0～10A)，用尺寸为25mm×25mm×3.6mm的铅板为对电极，电解液分别采用硫酸去离子水溶液、草酸去离子水溶液、柠檬酸去离子水溶液。表1为部分阳极氧化工艺参数及多孔氧化膜结构参数。
采用SVC-500VA全自动交流稳压电源(输出电压220V)对阳极氧化多孔氧化膜进行抗菌金属元素沉积，电解液采用含硝酸银的去离子水溶液。沉积的银为单质银，呈圆柱状，直径与多孔膜的孔径相同，长度取决于沉积时间。表2为部分多孔氧化膜沉积银后膜孔内银的结构参数；表3为部分多孔氧化膜沉积铜后膜孔内银的结构参数。
采用《JISZ2801-2000抗菌加工制品----抗菌试验方法和抗菌效果》标准检测方法，检测抗菌氧化膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌的抗菌性能。
表4为部分抗菌氧化膜的抗菌性能。
表1阳极氧化工艺参数及氧化膜结构参数
表2交流电解沉积工艺及膜孔内沉积银的结构参数
表3交流电解沉积工艺及膜孔内沉积铜的结构参数
表4抗菌氧化膜的抗菌性能
Claims (3)
1.一种基于阳极氧化多孔氧化膜的不锈钢表面抗菌层，其特征在于：在不锈钢表面有一层多孔氧化膜，多孔氧化膜的孔中是抗菌金属元素。
2.根据权利要求1所述的不锈钢表面抗菌层，其特征在于：上述多孔氧化膜膜厚是5.3～60μm，多孔氧化膜的孔呈圆柱状，孔直径100～400nm，孔密度1.0～12×109/cm2。
3.根据权利要求1所述的不锈钢表面抗菌层，其特征在于：上述孔中的抗菌金属元素的直径与多孔氧化膜的孔直径相同；其长度是5～40μm，小于多孔氧化膜膜的厚度。
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