KR20220047182A

KR20220047182A - 항균활성을 가지는 합금, 합금분말 및 합금코팅체

Info

Publication number: KR20220047182A
Application number: KR1020210132934A
Authority: KR
Inventors: 김충년폴
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2022-04-15
Also published as: KR102565924B1

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 합금용 조성물은 항균활성을 갖는 합금용 조성물로서, Fe 및 Ni 로 이루어지는 제1성분; Cr, Co, Mo 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제2성분; 및 Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제3성분;을 포함할 수 있다.

Description

항균활성을 가지는 합금, 합금분말 및 합금코팅체{Alloy, alloy powder and alloy coated body having antimicrobial activity}

본 발명은 합금, 합금분말 및 합금코팅체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항균 또는 살균효과를 가지는 합금, 합금분말 및 합금코팅체에 관한 것이다.

최근 코로나 바이러스(COVID-19)의 전세계적인 대유행(Pandemic)상황에서 전세계적으로 소독, 살균에 대한 관심과 수요가 급증하고 있으며, 마스크, 손소독제 외에도 일상생활을 하면서 다양한 사람이 접촉하는 엘리베이터 버튼 등에 항균 필름 등이 구비되고 있으나, 항균 등의 기능이 필요한 많은 분야에 이를 구비하는 것이 현실적으로 불가능하며, 불확실한 항균활성의 지속성과 높은 가격이 항균 소재의 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

일반적으로 항균효과가 있는 것으로 잘 알려진 금속으로 은과 구리가 있다. 구리 또는 은 과 이들을 포함하는 합금은 리스테리아 모노사이토게네스(Listeria monocytogenes), 살모넬라(salmonella) 및 메타실린-내성스타필로코쿠스 아우레우스(Staphyl lococcus aureus: MRSA)와 같은 세균을 포함하는 사람의 병원체를 사멸시킬 수 있다고 알려져 있다.

미국 환경 보호국(Environmental protection agency)은 65% 이상의 구리를 함유하는 합금이 고유의 항균활성을 가진다는 점에 대해 선언한 바 있으나, 이러한 우수한 항균성에도 불구하고 은 및 구리는 일반적인 생활소재로 널리 사용되지 못하고 있다. 특히, 구리는 은에 비해 상대적으로 낮은 가격임에도 불구하고 그 적용례를 찾기 어려운 실정이다.

구리의 상용화가 어려운 이유로는 가격문제 이외에도 공기, 수분, 인체와 접촉하는 부분에서 습기나 염분에 의해 쉽게 변색되어 그렇지 않은 부분과 색조의 차가 발생하는 점을 들 수 있다.

구리를 포함하는 합금재의 경우, 변색 현상은 색상을 부여하는 합금 원소의 산화(용출)가 진행되어 발생하며, 추가적으로 금속의 표면에 금속산화물이 형성되어 일어날 수 있다.

생활소재로서 금속 재료는 일반적으로 순수한 금속보다 각 금속이 적절하게 혼합된 합금 형태가 선호되는데, 기존에 공지된 변색 및 부식저항성이 우수한 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금, 티타늄 합금 등이 대표적으로 생활소재로 많이 사용되고 있다.

최근에는 내식성이 우수한 스테인리스 스틸에 표면 코팅을 이용하여 세균 번식 억제 효과를 갖게 한 재료들이 제안된 바 있다. 예를 들면, 물리적 기상 증착법(PVD: physical vapor deposition) 또는 화학적 기상 증착법(CVD: chemical vapor deposition)을 이용하여 금속에 은(Ag)이나 동(Cu)를 코팅한 항균성 스테인리스 강판, 도장강판 등이 제안되고 있다.

그러나, PVD, CVD 공정은 도금층의 형성까지 매우 긴 시간이 필요하여 경제성이 떨어지고, 진공 챔버의 크기로 인한 부품의 형상에 제약이 있다. 또한 이러한 재료는 항균층의 두께가 매우 얇고, 기계적 특성이 낮아 외력에 의한 코팅층의 손실이 발생할 경우 손실영역에서의 항균효과를 기대할 수 없어 항균성이 영구적으로 유지되지 않는 문제점이 있다.

동합금재 중 Cu-Ni계에서 Ni이 35% 이상일 경우 내변색성이 개선되나 다양한 색상의 구현이 불가능하며, 원재료 가격이 지나치게 높아 생활소재로 사용되기에는 한계가 있다. 또한 Ni은 인체에 알러지 반응을 일으킬 수 있으며, 중금속의 용출 문제가 발생할 수 있으므로, Cu-Ni합금을 대체 가능한 합금의 개발이 요구된다.

대한민국 등록특허 10-0914858호 (2009.08.25. 공고)

본 발명의 일 측면은, 항균활성을 갖는 합금, 합금분말 및 합금코팅체에 관한 것으로서, 고가의 금속인 은, 구리의 첨가를 제한하면서도 우수한 항균활성을 갖는 효율적인 합금, 합금분말 및 합금코팅체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면은, 내산화 및 내부식성이 우수하고 내마모 특성이 우수하여 일상생활 또는 산업용 제품에 적용시 항균효과의 지속력과 수명이 긴 항균소재를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면은 경도가 우수하고 가공방식에 따라 가전기기, 필터류, 병원, 공공장소 손잡이, 생활용품 등에 다양하게 활용 가능한 합금 및 이를 활용한 합금분말과 합금코팅체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면은 메탈계열의 색을 가져 일반 사용자에 거부감이 적고, 다양한 형태의 모재에 적용할 수 있는 합금코팅층을 포함하는 합금코팅체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금은,

Fe 및 Ni 로 이루어지는 제1성분;

Cr, Co, Mo 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제2성분; 및

Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제3성분; 을 포함하고,

상기 제1성분 100 중량부에 대해,

상기 제2성분은 90 내지 110 중량부로 포함되고,

상기 제3성분은 5 내지 15 포함되며, 상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Fe의 중량비는 상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Ni의 중량비의 1.3 내지 2.0 배일 수 있다.

상기 제2성분은 Cr을 포함하고, Co, Mo 및 Cu 중에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Cr의 중량비는 상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Fe의 중량비의 0.63 배 내지 1.39 배일 수 있다.

상기 제2성분은 Cr, Co, Mo 및 Cu로 이루어지고,

상기 제3성분은 Si 및 B로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금분말은 상기 합금을 용융시키고, 용융된 상기 합금에 유체를 분사하여 미립화시킨 후, 미립화된 상기 합금을 냉매로 냉각하여 수득될 수 있다.

상기 합금분말은 비정질 상을 포함하며, 표면에 형성된 결함(defect)을 가질 수 있다.

상기 합금분말은 KSM 0146 시험방법으로 측정한 대장균의 감소율이 24시간 경과 후 99.9% 이상일 수 있다.

상기 합금분말은 KSM 0146 시험방법으로 측정한 대장균의 감소율이 1시간 경과 후 80% 이상일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금코팅체는,

모재; 및

상기 모재 상에 구비되는 합금코팅층; 을 포함하며,

상기 합금코팅층은,

Fe 및 Ni 로 이루어지는 제1성분,

Cr, Co, Mo 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제2성분과,

Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제3성분을 포함하고,

상기 제1성분 100 중량부에 대해,

상기 제2성분은 90 내지 110 중량부로 포함되고,

상기 제3성분은 5 내지 15 포함되며,

상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 제1성분의 상기 Fe의 중량비는 상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Ni의 중량비의 1.3 내지 2.0 배일 수 있다.

상기 합금코팅층의 두께는 10 ㎛ 내지 500 ㎛일 수 있다.

상기 합금코팅층의 기공률은 5.0 % 이하일 수 있다.

상기 합금코팅층은 JIS Z 2801의 시험방법으로 측정한 대장균의 감소율이 24시간 경과 후 99.9% 이상일 수 있다

본 발명의 일 측면에 따른 합금, 합금분말 및 합금코팅체는, 대장균, 황색포도상구균, 폐렴균에 대한 항균활성이 우수하면서 경제성이 우수하여 일상생활 등의 넓은 분야에 적용될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금은 합금분말로 제조시 세균에 대하여 짧은 시간동안 항균효과가 매우 우수하여 구리금속 대비 높은 살균, 항균 효과를 가지므로 실질적으로 구리금속보다 더 향상된 항균 효과를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금코팅층은 합금분말을 이용해 제조될 수 있으며, 코팅층으로 제조된 후에도 대장균, 황색포도상구균, 폐렴균에 대한 항균활성이 감소하지 않고 구리금속과 동일하거나 우수한 항균활성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금분말 및 합금코팅층은 합금의 비정질 형성능에 의해 비정질 상을 포함하여 이루어지므로, 내부식성, 내산화성이 우수하다. 따라서, 시간의 흐름에 따라 항균효과의 감소나 변색, 부식 등의 문제가 발생하지 않으므로 효율이 높고 수명이 길어 경제적인 장점을 가지고, 분말 및 코팅층의 경도와 같은 물리적 특성 또한 우수하여 용도에 따라 다양하게 활용할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금은 첨가 원소들이 매우 균일하고 고르게 분포되어 있고, 단거리 규칙 구조(short range ordered structure) 및 미세조직적 결함을 가지고 있어 표면에너지 및 표면에서의 활성도가 매우 높으며, 이로 인하여 세균, 박테리아가 비정질 합금의 표면에 부착 및 증식이 어려워 우수한 항균활성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금분말 및 합금코팅층은 합금이 가지는 비정질 구조로 인하여 미량동작용에 의한 표면에서의 금속이온 활성이 높으며, 합금용 조성물의 조성적 특성으로 인하여 구리, 니켈 및 코발트가 표면에서 미량동작용을 일으킬 수 있어 우수한 항균활성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금을 사용하여 제조된 합금분말 또는 합금코팅체는 수분이나 습기에 영향을 적게 받으므로 세균이나 곰팡이가 증식하기 쉬운 고습도 환경에서도 사용이 가능하다. 따라서, 우수한 항균효과를 얻을 수 있으며, 종래에 항균성 소재나 가공품들이 적용되기 어려웠던 화장실, 하수구 등에 적용될 수 있는 것은 물론 감염의 위험을 줄일 필요가 있으며 우수한 내마모성이 필요한 의료기구, 건물의 손잡이, 앰뷸런스 내부 부품, 들것 등에 활용이 가능하다. 또한, 외부 오염에 대한 저항성, 방오 특성이 우수하여 그 활용도가 높다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금분말은 용사코팅 방식 등을 사용해 용사코팅층을 형성하더라도 비정질형성능이 우수하여 비정질상을 포함하는 코팅층을 형성할 수 있고, 형성된 합금코팅층의 경도, 내식성, 내산화성 등이 더욱 향상될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금용 조성물은 항균활성이 있는 것으로 알려진 구리를 4 wt% 이하의 낮은 중량으로 포함하면서도, 비정질상을 포함하므로, 우수한 항균활성 및 경제성을 확보할 수 있다.

본 발명은 합금, 합금분말 및 합금코팅체에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 구현예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 구현예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하기 위하여 제공되는 것이다.

본 명세서에서 항균(抗菌)이라는 용어가 사용되는 경우, 필요로 하는 미생물의 생육을 억제, 저해, 살균(殺菌) 또는 멸균(滅菌)하는 것을 모두 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있으며, 여기에서 살균이란 대상물질 중의 미생물을 일부라도 죽이는 것을 뜻하고, 멸균이란 대상물질의 내부, 표면 또는 공간으로부터 미생물을 전부 제거 또는 사멸시키는 것을 의미할 수 있다.

또한, 항균활성이란 세균이나 곰팡이와 같은 미생물에 대해 저항하는 성질을 의미하며, 보다 상세하게는 세균의 성장 또는 증식을 억제하는 특성을 의미할 수 있다. 항균활성을 갖는다는 표현이 사용되는 경우, 해당 소재 또는 시료가 특정한 세균, 박테리아에 대하여 KS 시험방법 또는 해외규격 시험방법에 의하여 측정된 항균성 또는 곰팡이저항성 등의 효과 또는 활성을 가짐을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

본 명세서에서 합금 조성으로 포함되는 원소의 중량부는 합금의 제조 시 원료합금으로부터 계산된 타겟조성 및 제조된 합금의 실제 원소 조성을 포함하는 것으로 이해될 수 있으며, 바람직하게는 제조된 합금의 성분 분석결과로부터 계산될 수 있다.

이하, 본 발명의 합금에 대해 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 합금은, 제1성분, 제2성분 및 제3성분을 포함한다.

제1성분은 합금의 물성, 생산성 및 경제성에 영향을 줄 수 있는 성분이다. 제1성분이 합금의 전체 중량에서 제2성분 또는 제3성분과 비슷하거나 더 높은 중량으로 포함될 수 있다. 제2성분은 합금의 전체 중량에서 제3성분보다 더 높은 중량으로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 제2성분은 제1성분 100 중량부에 대해 90 내지 110 중량부로 포함될 수 있으며, 제3성분은 제1성분 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다.

제1성분은 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중에서 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있으며, Fe와 Ni이 모두 포함되는 경우를 포함할 수 있다.

제1성분으로 Fe 및 Ni이 모두 포함되는 경우, 포함되는 Fe의 중량이 Ni의 중량보다 높을 수 있으며, 제1성분 100 중량부에 대한 Fe와 Ni의 중량 비율(Fe/Ni)은 1.3 내지 2.0일 수 있다. 바람직하게는 1.5 내지 1.8일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1.59 내지 1.65일 수 있다.

Fe와 Ni의 비율이 해당 범위를 벗어나는 경우 또는 제1성분으로 Fe가 포함되지 않고 Ni만이 포함되는 경우, 경제성 측면에서 바람직하지 않으며 인체 접촉 시 Ni 알러지 등의 인체특성을 유발할 수 있으므로 Fe는 제1성분에 포함되는 것이 바람직하다. 또한, Ni 함량이 일정 범위에 미치지 않는 경우 고온 안전성이 감소하여, 코팅층 제조시 분말의 산화, 코팅층 내 합금원소의 고갈 및 코팅층의 박리가 야기될 수 있으므로 Ni은 전술한 함량 범위로 제1 성분에 포함되는 것이 바람직하다.

제2성분은 합금의 비정질 형성능을 향상시키거나, 합금의 경도, 내식성, 내산화성과 같은 물리화학적 특성 등을 향상시키는데 기여할 수 있다. 제2성분은 크롬(Cr), 코발트(Co), 몰리브데늄(Mo) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다. 제2성분은 Cr 및 Co, Mo 및 Cu 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있으며, Cr, Co, Mo, Cu를 모두 포함할 수도 있다.

제2성분은 제1성분 100중량부에 대하여 90 내지 110 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는 95 내지 105 중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 99 내지 102 중량부로 포함될 수 있다.

향균 효과 및 내식 특성을 확보하기 위해 제2성분은 전술한 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. 제2성분의 함량이 해당 범위를 초과하는 경우 경제성 측면에서 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 코팅층의 취성 증가로 외력에 의한 파손일 야기되어 목적하는 수준의 항균 특성 확보하지 못할 수 있다.

제2성분은 Cr을 필수적으로 포함할 수 있으며, 제2성분에 포함되는 Cr의 함량이 Co, Mo 및 Cu의 합계 함량보다 더 높을 수 있다. 예를 들어, 제2성분으로 Cr을 포함하고 추가적으로 Mo, Co및 Cu 중 하나 이상을 더 포함하는 경우, 제1성분 100 중량부에 대한 Cr, Co, Mo 및 Cu의 중량비를 각각a, b, c, d라고 할 때, 제2성분에서 Cr의 중량비와 Cr을 제외한 나머지 성분의 중량비 합의 비율(A)은 a/(b+c+d)로 계산될 수 있고, 그 값은 1.5 내지 2.5, 바람직하게는 1.7 내지 2.2일 수 있다. 항균 특성을 확보하기 위해 함량 비율(A)의 하한을 전술한 수준으로 제한하는 것이 바람직하다. 반면, 함량 비율(A)이 전술한 수준을 초과하는 경우 경제성 측면에서 바람직하지 않으며, 내식성 감소에 의한 표면 변색이 발생할 수 있다.

제2성분에 포함되는 Cr의 함량을 제1성분에 포함되는 Fe의 함량과 대비할 때, 제1성분 100 중량부에 대한 Cr의 중량비는 제1성분 100 중량부에 대한Fe의 중량비 대비 0.63배 내지 1.39배 이내일 수 있다. 바람직하게는 제1성분 100 중량부에 대한 Cr의 중량비는 제1성분 100 중량부에 대한 Fe의 중량비 대비 0.99 내지 1.20배의 범위를 만족할 수 있다.

Cr과 Fe의 함량 비율이 해당 범위를 벗어나는 경우, 비정질 형성능이 저하되어 합금에 포함되는 비정질상 비율이 감소하므로 항균 효과가 저하되거나 내식성이 저하될 수 있다.

제2성분에 포함되는 Cu의 함량은 Co, Mo 및 Cr 각각의 함량보다 적은 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2성분으로 Cu를 포함하고 추가적으로 Mo, Co 및 Cr 중 하나 이상을 더 포함하는 경우, 제1성분 100중량부에 대한 Cr, Co, Mo 및 Cu의 중량비를 각각 a, b, c 및 d라고 할 때, 제2성분에서 Cu의 중량비와 Cu를 제외한 다른 성분의 중량비의 합이 갖는 비율(B)은 d/(a+b+c)로 계산될 수 있고, 그 값은 0.04 내지 0.10, 바람직하게는 0.05 내지 0.07 인 것이 좋다.

제2성분에 Cu가 포함되지 않거나 Cu의 함량에 대한 나머지 성분의 함량 비율이 해당범위를 벗어나는 경우에는 항균 성능이 저하되거나, 내식성이 저하될 수 있고, 열 또는 전기전도도가 저하될 수 있다

Cu는 제1성분 100중량부에 대하여 0 내지 9.0 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는 0.1 내지 8.0 중량부로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 4.5 내지 7.5 중량부로 포함될 수 있다.

Cu 함량이 해당 범위에 미치지 않는 경우 향균활성이 저하될 수 있으며, Cu 함량이 해당 범위를 초과하는 경우 생산비용 증가에 따른 경제성 저하가 유발될 수 있다.

Co는 제1성분 100중량부에 대하여 0 내지 25 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는 19 내지 25 중량부로 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 20 내지 24 중량부로 포함될 수 있다.

Co의 함량이 해당 범위를 초과하는 경우 생산비용 증가에 따른 경제성 저하가 문제될 수 있다. 반면, Co 함량이 해당 범위보다 낮은 경우 항균활성이 저하될 수 있으며, 고온 안전성이 저하되어 코팅층 내 산화물 분율이 증가할 수 있으며, 외력에 의한 코팅층 박리를 야기할 수 있다.

제3성분은 상대적으로 적은 비율로 포함되어 합금의 비정질 형성능을 향상시키고, 항균활성과 같은 특수한 기능을 부여할 수 있다.

제3성분은 규소(Si), 붕소(B) 및 인(P)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상으로서, 제1성분 100중량부에 대하여 5 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는 7 내지 13 중량부로 포함될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 9 내지 12 중량부로 포함될 수 있다.

제3성분의 함량이 해당 범위보다 적은 경우, 합금의 비정질 형성능이 감소하여 내부식성 저하 및 경도가 저하될 수 있다. 제3성분의 함량이 해당 범위를 초과하는 경우 제1성분 또는 제2성분의 함량이 상대적으로 감소하여 합금의 강도가 저하될 뿐 아니라 향균활성이 저하될 수 있다.

제3성분으로 Si 및 B가 모두 포함되는 경우, 제3성분 내에서 Si와 B의 중량 비율(제1성분 100 중량부에 대한 B의 중량비/제1성분 100 중량부에 대한 Si의 중량비)은 1.5 내지 10 범위일 수 있다. 바람직하게는 2.5 내지 9의 범위일 수 있다.

B와 Si의 함량비율이 해당 범위를 벗어나는 경우에는 내부식성, 경도 및 강도의 저하가 발생할 수 있으며, 향균활성이 저하될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금은 전술한 제1성분 내지 제3성분 외에 미량으로 포함되는 추가성분을 포함할 수 있다. 추가성분으로는 텅스텐(W), 이트륨(Y), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 나이오븀(Nb), 황(S), 스칸디움(Sc), 세륨(Ce), 은(Ag), 티타늄(Ti) 및 탄소(C) 중 적어도 하나 이상일 수 있고, 이들 추가성분은 의도적 또는 비의도적으로 합금에 포함될 수 있다.

추가성분의 총합은 제1성분 100 중량부에 대해 10 중량부 미만일 수 있다. 바람직하게는 7.5 중량부 미만일 수 있으며, 보다 바람직하게는 5.0 중량부 미만일 수 있다. 추가성분 각각의 합량은 제1성분 100 중량부에 대해 5.0 중량부 미만일 수 있다. 바람직하게는 3.0 중량부 미만일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1.0 중량부 미만일 수 있다.

추가성분의 함량이 해당 범위를 초과하는 경우 향균기능 및 기계적 물성이 저하될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금분말은 전술한 합금을 이용하여 제공된다. 본 발명의 일 측면에 따른 합금분말은 전술한 합금과 대응하는 합금조성을 구비하며, 비정질상을 포함하여 이루어질 수 있다. 합금분말은 주지의 방법, 예를 들어, 아토마이징(또는 아토마이제이션) 방법을 이용해 분말로 제조될 수 있다.

아토마이징 방법은 용융된 상태의 합금을 가압 또는 중력에 의해 흘러내리게 하고, 흘러내리는 용융 합금에 가스 또는 물과 같은 유체를 분사하여 미세한 방울 또는 액적 형태로 미립화시킨 후, 분열된 액적을 불활성가스나 물 등의 냉매를 사용해 급랭하여 합금분말로 제조하는 방법이다. 아토마이징 방법은 금속 분말을 제조하는 주지의 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

아토마이징 방법에서 비정질의 분말을 제조하기 위해서는 분열된 액적을 급속히 냉각하여야 하는데, 이는 용융 합금이 결정화되는 시간을 주지 않고 고화됨으로써 비정질화되기 유리하기 때문이다.

따라서, 비정질상의 비율이 보다 높은 합금분말을 제조하기 위해서는 냉각속도를 높일 수 있는 특수한 냉각설비를 갖추는 편이 보다 유리하다.

다만, 본 발명의 일 측면에 따른 합금은 비정질 형성능이 우수하여 통상의 아토마이징 방법을 사용하더라도 높은 비정질상 비율의 합금분말을 제조할 수 있다.

특수한 냉각설비를 갖추지 않는 통상의 아토마이징 방법의 경우 10² 내지 10³ 또는 10¹ 내지 10⁴ (degree/sec)의 냉각속도 하에서도 본 발명의 일 측면에 따른 합금으로 비정질상 분말을 제조할 수 있다. 이 때, 10^1~2(degree/sec) 은 실질적으로 공냉에 가까운 냉각속도로서 합금용액을 공기중으로 분출하는 경우의 냉각속도이다.

한편, 비정질상을 포함하는 합금분말 또는 합금코팅층은 첨가원소들이 매우 균일하게 분포되고, 단거리 규칙 구조(short range ordered structure)를 가지면서도 동시에 미세조직적 결함(defect)을 가질 수 있다.

결함이란 물질의 원자 구조와 같은 미시적 측면에서 나타나는 불규칙적인 원자배열 또는 결합구조를 의미하며, 0차원 결함인 점결함(point defect), 1차원적 결함으로서 가상의 선 주변에 집중되는 격자 뒤틀림인 선결함(line defect) 또는 전위(dislocation), 2차원적으로 발생하며 외부표면, 결정립계, 적층결함, 슬립 밴드(slip band) 등을 포함하는 면결함(plane defect) 등을 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

비정질상을 포함하는 합금분말 또는 합금코팅층이 가지는 이러한 미시적인 결함으로 인해 비정질 합금분말 및 비정질 합금코팅층은 그 표면 에너지 및 활성도가 결정질 합금에 비해 매우 높은 특성을 가질 수 있다.

이 때, 첨가 원소의 균일한 분포, 높은 표면 에너지 및 활성도는 세균, 박테리아 및 곰팡이 등이 비정질 합금분말 또는 비정질 합금코팅층의 표면에 부착하거나 증식하기 어렵게 하는 효과가 있으며, 결정질 금속 소재 대비 우수한 항균효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금, 합금분말 및 합금코팅층에서의 항균활성 또한 이러한 요인들이 복합적으로 작용하여 우수한 항균활성을 갖는다고 해석되며, 구체적인 메커니즘이 밝혀진 것은 아니라 하더라도, 특정 합금 조성으로 이루어지며 비정질상을 가지는 합금분말 및 합금코팅체에서 유리한 항균활성이 나타난다는 점은 이하에 기술되는 실시예 및 실험예 등을 통하여 추론할 수 있다.

본 발명의 합금분말 및 합금코팅층이 가지는 항균활성과 관련하여, 미량동(Oligodynamic) 작용을 항균활성의 또 다른 메커니즘으로 볼 수 있다.

미량동 작용(Oligodynamic action)은 미량의 금속이온이 생물의 발육을 방해하거나 죽게하는 현상으로서, 대표적 항균 금속 중 하나인 인 구리의 항균 작용을 설명하는 메커니즘으로 알려져 있다.

구체적으로는, 이러한 미량동작용은 구리 이외에도 은, 금, 백금, 수은, 니켈, 납, 코발트 등의 금속에서도 관찰되며, 박테리아와 같은 미생물들이 금속이온을 필수 영양소로 인식하여 세포 안으로 흡수하지만, 흡수된 금속이온(구리이온을 포함)이 세포막에 구멍을 내거나 대사를 저해하고, 활성산소를 끌어당기는 등의 작용을 수반하여 박테리아의 생존시간을 줄이고 사멸시키는 메커니즘과, 금속이온이 세균이나 바이러스의 단백질을 파괴하고 유전물질을 분해해 사멸시키는 메커니즘으로 합금의 항균활성을 설명할 수 있다.

이와 같은 미량동작용에 따르면, 본 발명의 측면에 따른 합금, 비정질 합금분말 및 비정질 합금코팅층은 해당 조성비율과 비정질상을 포함함으로써 표면에서 미량동 작용의 효과가 다른 합금 또는 순수한 구리 금속에 비해 우수하게 발휘될 수 있어 좋은 항균효과를 가질 수 있다.

예를 들어 구리, 니켈, 코발트를 포함하는 합금의 표면에는 구리, 니켈, 코발트 이외의 성분들이 포함되어 각 금속원자의 결합력, 표면 에너지, 이온화 속도 등이 결정질 금속이나 결정질 합금과 달라 비정질 합금에서의 방출속도가 더 빠를 것이며, 다양한 종류의 금속이온들이 방출되어 박테리아에 흡수되는 종류나 흡수속도, 박테리아 내에서 미치는 영향이 서로 다를 수 있어 다양한 범위의 미생물을 대상으로 하여 우수한 항균활성을 가질 수 있을 것으로 예상된다.

특히, 비정질 합금의 경우 금속원자들이 결정구조로 일정한 금속결합을 형성하지 않으면서도, 첨가원소들이 매우 균일하게 분포하고 있어 미량동 작용을 할 수 있는 원자단위의 미세한 금속원자 또는 금속이온이 방출되기 용이하며, 합금의 조성에 따라 표면에서 방출되는 금속이온의 양, 속도, 종류가 다르며, 동시에 여러 종류의 금속이온이 복합적으로 방출되어 양적으로 현저한 효과를 나타낼 수 있다.

한편, 합금분말의 직경은 표면적에 영향을 미치며, 합금분말의 항균활성과도 관련이 있으므로, 적절한 항균활성을 얻기 위하여 합금분말의 입도를 제어할 수 있다.

제조되는 합금분말의 직경은 제한되지 않으나, 비제한적인 예로서 1 내지 150 ㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 1 내지 54 ㎛일 수 있다.

합금분말의 입경이 해당 범위보다 더 큰 경우 적정 표면적인 감소하고 항균활성의 효율이 저하될 수 있다. 해당 범위보다 더 작은 입경의 분말은 제조가 어렵고 비용이 많이 들 수 있으며, 충분한 항균 효과를 나타내지 못할 수 있다.

제조된 합금분말은 구형에 가까운 형태로 제조될 수 있다. 합금분말의 경도(비커스 경도)는 제한되지 않으며, 분말의 목적 및 응용하고자 하는 분야에 따라 달라질 수 있다. 비제한적으로 550 내지 1500 Hv의 경도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 800 내지 1200 Hv의 경도를 가질 수 있다.

합금분말의 경도가 해당 범위를 벗어나는 경우, 내마모성을 가지거나 내마모용의 항균제품에 적용하지 않을 수 있다.

본 발명의 일 측면 따른 합금분말은 우수한 항균활성을 가질 수 있다. 항균효과를 나타내는 균의 종류 및 특성은 제한되지 않지만, 대장균, 황색포도상구균, 폐렴균 등의 균주에 대한 항균활성이 우수한 것을 의미할 수 있다.

항균활성은 시료의 용도나 형태 소재 등에 따라 다른 시험방법, 결과로 얻어질 수 있으며, 합금분말의 경우 예를 들어 KSM 0146 등의 방법으로 시험될 수 있다.

일반적으로 24시간 배양 기준으로 99.9% 이상의 균 수 감소 효과가 있는 경우 항균효과가 있다고 인정하는 경우가 많다. 본 발명의 일 측면에 따른 합금분말의 경우 항균 효과가 우수하다고 알려져 있는 구리금속 시료 대비 24시간 후 균 수 감소 효과가 비슷하거나 그 이상일 수 있다. 1시간 후 균 수 감소율은 80% 이상일 수 있다..

본 발명의 일 측면에 따른 합금코팅체는, 전술한 합금분말로부터 형성되는 합금코팅층이 모재 상에 형성되어 코팅체를 이루는 것일 수 있다.

합금코팅체가 형성되는 모재는 제한되지 않으며, 그 물질, 성분, 크기, 용도 등에 제한되지 않는다.

해당 실시예에 따른 합금코팅층을 형성하는 방법 및 코팅방법은 제한되지 않으나, 전술한 합금분말을 활용하여 합금코팅층을 제조할 수 있는 용사코팅 방식, 예를 들어 초고속 화염용사(HVOF, High velocity Oxygen Fuel spray), 플라즈마 용사, 트윈와이어 아크 용사(TWAS, Twin wire arc spray), 콜드 스프레이, 진공플라즈마 용사, 저압 플라즈마 용사 등 또는 클래딩, 예를 들어 레이저 클래딩 등의 방식을 포함하는 통상적으로 활용 가능한 코팅방법이 사용되는 것이 바람직하다.

코팅에 사용되는 원료는 전술한 합금용 조성물을 성형한 형태라면 제한되지 않으며, 합금분말, 합금와이어, 플럭스 코어드 와이어(Fluxed cored wire) 등이 사용될 수 있다.

한편, 모재 상에 형성된 합금코팅층의 두께는 제한되지 않으며, 코팅층이 형성되는 모재의 종류, 모재의 두께, 사용 용도, 사용환경 등에 따라 달라질 수 있고, 바람직하게는 두께가 10 ㎛ 내지 500 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 내지 300 ㎛일 수 있다.

합금코팅층의 항균활성은 시료의 형태, 조건 등에 따라 다양한 시험방법으로 측정될 수 있으며, 예를 들어 JIS Z 2801 또는 FC-TM-20 등의 방법을 통해 합금코팅층의 항균활성을 평가할 수 있다.

일반적으로 24시간 배양 기준으로 99.9% 이상의 균 수 감소 효과가 있는 경우 합금코팅층에 항균효과가 있다고 인정하는 경우가 많다. 본 발명의 일 측면에 따른 합금코팅층의 경우 항균 효과가 우수한 것으로 알려져 있는 구리금속 시료 대비 24시간 후 균 수의 감소 효과가 비슷하거나 그 이상일 수 있다. 1시간 후의 균의 감소율은 80% 이상일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금코팅층은 비정질상을 포함하는 비정질 합금 코팅층일 수 있다, 합금코팅층이 비정질상을 포함하므로 비정질 합금이 가지는 우수한 물성을 가질 수 있다.

예를 들어, 합금코팅층은 비커스 경도가 550 내지 1500 Hv일 수 있으며, 바람직하게는 800 내지 1200 Hv일 수 있다.

합금코팅층의 경도가 해당 범위 보다 낮은 경우에는 내마모성이 저하되고, 표면 손상, 찍힘 또는 스크래치 등이 발생할 수 있으며 해당 범위보다 높은 경우는 취성에 의한 깨짐, 갈라짐 또는 표면손상 등이 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 합금코팅층은 내식성, 내마모성 및 내산화성이 우수하여 사용시 코팅층이 박리되거나 부식 등이 적게 발생하므로 코팅층의 수명이 향상될 뿐만 아니라, 합금코팅층이 가지는 항균활성 또한 저하되지 않고 오래 유지될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 합금코팅층의 기공률은 코팅에 사용되는 분말의 입경, 코팅 방식, 코팅 조건에 따라 달라질 수 있다. 합금코팅층의 기공률이 낮을 수록 바람직하며, 구체적으로는 5.0 % 이내, 바람직하게는 1.0 % 이내일 수 있다.

기공률이 해당 범위를 초과하는 경우 합금코팅층의 품질저하에 따른 경도하락 또는 내마모성 하락일 발생할 수 있으며, 부식물의 침투가 용이하여 내부식성이 저하되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 세균의 부착이나 증식이 용이해질 수 있다.

본 발명에 따른 합금분말 및 합금코팅체의 응용분야는 제한되지 않으며, 항균활성이 활용될 수 있는 의료, 위생, 생활용품, 가전 등의 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

이하에서는 실시예를 통하여 구체적으로 본 발명에 대하여 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 특정하기 위한 것이 아님을 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정될 수 있다.

(실시예)

실시예 1 내지 7 - 합금분말 제조

하기 표 1과 같은 성분과 중량부(parts by weight)를 가지는 조성으로 준비된 합금을 용융하여 불활성 가스 분위기 하에서 아토마이저를 사용하여 아토마이징한 후 냉각시켜 비정질상을 포함하는 합금 분말을 제조하였다. 레이저 입도분석기를 이용하여 제조된 분말의 평균입경을 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 함께 기재하였다.

조성	제1성분 (중량부)		제2성분 (중량부)				제3성분 (중량부)		평균 입경 (D50) (㎛)
조성	Fe	Ni	Cr	Co	Mo	Cu	B	Si	평균 입경 (D50) (㎛)
실시예1	61.7	38.3	65.96	21.28	8.51	5.32	8.51	3.19	30
실시예2	61.39	38.61	72.81	21	4.22	3.93	10.8	1.2	35
실시예3	62.26	37.74	59.4	21.55	9.05	9.0	6.43	2.57	30
실시예4	60.0	40.0	72.18	20.8	7.01	5.0	7.8	5.2	40
실시예5	64.29	35.71	59.84	20.49	8.49	6.22	6.36	0.64	30
실시예6	56.53	43.47	78.5	27.16	0	4.24	13.5	1.5	20
실시예7	66.66	33.34	54.2	0	27.82	7.98	3.58	1.42	25

실시예 8 내지 14 - 합금코팅체 제조

실시예 1 내지 7에서 제조한 합금분말을 사용하여 초고속화염용사장비(Oerlikon Metco Diamond Jet series HVOF gas fuel spray system)을 사용하여 연료로 산소와 프로판가스를 사용하고, 분사 거리는 30cm로 하여 초고속화염용사(HVOF, High velocity oxygen fuel spray) 방법으로 모재 상에 합금코팅체를 형성하였다. 이 때 사용된 장치 및 조건을 아래에 구체적으로 설명하였다.

- DJ Gun HVOF -

[조건] 건 타입(Gun type): Hybrid, 에어 캡: 2701, LPG 유량(LPG Flow) 160 SCFH, LPG압(LPG Pressure) 90 PSI, 산소 유량(Oxygen flow) 550 SCFH, 산소압(Oxygen Pressure) 150 PSI, 기류량(Air flow) 900 SCFH, 기류압(Air Pressure) 100 PSI, 질소 유량(Nitrogen flow) 28 SCFH, 질소압(Nitrogen Pressure) 150 PSI, Gun speed: 100 m/min, Gun pitch: 3.0mm, 피더 속도(Feeder rate) 45 g/min, Stand-off distance: 250mm

(비교예)

비교예 1 내지 6 - 합금분말 제조

하기 표 2의 성분조성을 만족하는 합금을 제조한 후 실시예 1 내지 7과 같은 방법으로 결정질 금속분말 및 비정질상을 포함하는 합금분말을 제조하였다. 레이저 입도분석기를 이용하여 제조된 분말의 입경을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다. EBSD(Electron backscatter diffraction)를 이용하여 각 분말의 비정질상 분율을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 함께 기재하였다. 비정질 포함 여부에서 “○” 표시는 비정질상의 분율이 10부피% 이상인 경우를 의미하며, 비정질 포함 여부에서 “X” 표시는 비정질상의 분율이 10부피% 미만인 경우를 의미한다.

조성	제1성분 (중량부)		제2성분 (중량부)				제3성분 (중량부)			입경 (㎛)	비정질 포함 여부
조성	Fe	Ni	Cr	Co	Mo	Cu	B	Si	C	입경 (㎛)	비정질 포함 여부
비교예1	0	0	0	0	0	100	0	0	0	25	X
비교예2	100	0	29.2	0	50.2	0	2.3	0	7.0	35	○
비교예3	67.74	32.26	83.92	10.00	1.91	19.17	0	4	0	30	○
비교예4	52.38	47.62	40	20.60	17.07	2.33	0	16	0	35	○
비교예5	100	0	91.67	0	0	0	13.64	4.17	0	35	○
비교예6	100	0	72.86	21.00	4.22	3.92	0	0	0	35	X

비교예 7 내지 10 - 합금코팅체 제조

비교예 1 내지 4의 합금분말을 실시예 8 내지 14와 같은 장비 및 조건에서 모재 상에 코팅하여 합금코팅층이 구비된 합금코팅체를 수득하였다.

(실험예)

실험예 1 - 제조된 합금 분말의 조성 분석

ICP(Inductively Coupled Plasma Spectrometer)를 이용하여 실시예 1 내지 7의 합금분말을 분석한 결과, 합금 분말의 제조에 이용된 합금과 이를 이용하여 제조된 합금 분말의 합금 성분 함량은 동일하며, 다소 차이가 있더라도 제조 오차범위 이내의 수준인 것을 확인할 수 있었다.

실험예 2 - 합금분말의 항균활성 실험

실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 6의 합금분말 항균활성을 평가하기 위해 한국산업규격인 KSM 0146(2003)에 제시된 시험방법을 토대로 진탕 플라스크법을 수행하였다. 대장균, 황색포도상구균, 폐렴균의 배양체를 사용하여 균 배양액의 최종 농도가 1~5×105 CFU/ml가 되도록 준비한 후, 여기에 시료를 0.09 g/ml의 비율로 첨가하였다.

실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 6의 합금분말 1g을 투입하였으며, 플라스크를 37±1℃에서 24시간 동안 120 rpm으로 진탕 배양한 후 각 군의 배양 전과 후의 생균수를 측정하였다.

항균활성으로는 초기 균 수 대비 24시간 후 관찰된 균 수를 백분율로 나타낸 세균감소율을 계산하여 실시예 1 내지 5, 비교예 1 내지 6의 결과를 아래 표 3에 나타내었다.

구분	대장균			황색포도상구균			폐렴균
구분	초기	결과	감소율 (%)	초기	결과	감소율 (%)	초가	결과	감소율 (%)
실시예1	2.1X10⁵	<30	99.9	2.1X10⁵	<30	99.9	2.1X10⁵	<30	99.9
실시예2	2.2X10⁵	<30	99.9	2.1X10⁵	<30	99.9	2.2X10⁵	<30	99.9
실시예3	2.1X10⁵	<30	99.9	2.1X10⁵	<30	99.9	2.3X10⁵	<30	99.9
실시예4	2.2X10⁵	<10²	99.9	2.3X10⁵	<10²	99.9	2.2X10⁵	<10²	99.9
실시예5	2.2X10⁵	<10²	99.9	2.3X10⁵	<10²	99.9	2.1X10⁵	<10²	99.9
실시예6	2.2X10⁵	1.5X10³	99.3	2.2X10⁵	2.1X10³	99.0	2.1X10⁵	1.2X10³	99.4
실시예7	2.1X10⁵	1.7X10³	99.2	2.2X10⁵	1.7X10³	99.2	2.1X10⁵	1.4X10³	99.3
비교예1	2.1X10⁵	<30	99.9	2.1X10⁵	<30	99.9	2.1X10⁵	<30	99.9
비교예2	2.4X10⁵	3.7X10³	97.2	2.1X10⁵	<30	99.9	2.1X10⁵	1.9X10⁴	85.4
비교예3	2.2X10⁵	8.7X10³	60.5	2.1X10⁵	3.9X10⁴	81.4	2.1X10⁵	1.3X10⁵	38.1
비교예4	2.2X10⁵	5.2X10³	76.4	2.1X10⁵	1.1X10⁴	94.8	2.1X10⁵	7.9X10⁴	62.4
비교예5	2.4X10⁵	3.5X10³	73.1	2.1X10⁵	3.9X10⁴	97.0	2.1X10⁵	1.8X10⁵	14.2
비교예6	2.4X10⁵	6.2X10³	74.2	2.1X10⁵	8.1X10⁴	61.4	2.1X10⁵	9.5X10⁴	54.8

실시예 1 및 비교예 1은 대장균, 황색포도상구균 및 폐렴균 모두에 대하여 99.9% 이상의 감소율을 보여 항균활성이 우수함을 알 수 있으며, 비교예 2 내지 6의 경우 대장군, 황색포도상구균 및 폐렴균에 대한 항균활성이 상대적으로 낮음을 알 수 있다.

실험예 3 - 합금코팅층의 항균활성 실험

실시예 8의 합금코팅체의 항균활성을 평가하기 위해 JIS Z 2801에 제시된 시험방법을 토대로 필름밀착법으로 항균활성 실험을 수행하였다.

시험조건은 온도 37 ~ 38℃, 시간 23 ~ 24 hr, 시료크기는 가로, 세로 각 50mm 의 코팅체를 사용하였으며, 대장균, 황색포도상구균, 폐렴균을 배지에서 배양한후 초기균수를 측정하고, 시료 조각을 배지에 접촉시킨 상태에서 시험균액을 35 ± 1℃, 상대습도 90% 조건에서 24시간 동안 정치 배양후 균 수를 측정해 그 감소 비율을 아래 표 4와 같이 나타냈다.

구분		실시예 8
대장균	초기	1.4X10⁴
	결과	<0.63
	감소율(%)	99.9%
황색포도상구균	초기	1.4X10⁴
	결과	<0.63
	감소율(%)	99.9%
폐렴균	초기	1.7X10⁴
	결과	<0.63
	감소율(%)	99.9%

실시예 8의 합금코팅체에서도 대장균, 황색포도상구균 및 폐렴균 모두에 대하여 99.9% 이상의 감소율을 보여 항균활성이 우수함을 알 수 있으며, 실시예 1의 항균실험 결과와 대비할 때 분말을 용사코팅하여 얻어진 코팅체에서도 분말과 비슷한 수준의 항균활성이 있음을 확인하였다.

실험예 4 - 합금분말의 1시간 항균효과 실험

실시예 1과 비교예 1의 분말을 진탕의 배양시간을 24시간이 아닌 1시간으로 한 것을 제외하고는 실험예 2와 동일한 방식으로 실험을 진행하였으며, 그 결과를 아래 표 5와 같이 나타냈다.

구분		실시예 1	비교예 1
대장균	초기	2.5X10⁵	2.4X10⁵
	결과	3.1X10⁴	1.5X10⁵
	감소율(%)	87.6%	37.5%
황색포도상구균	초기	2.1X10⁵	2.1X10⁵
	결과	1.9X10⁵	1.7X10⁵
	감소율(%)	9.5%	19.0%
폐렴균	초기	2.1X10⁵	2.5X10⁵
	결과	1.9X10⁵	1.0X10⁵
	감소율(%)	9.5%	60.0%

그 결과, 실시예 1의 분말은 비교예 1의 구리분말에 비해 1시간 동안 대장균의 감소율이 2배 내지 3배로서, 구리분말 대비 2배 이상의 우수한 항균활성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 5 - 비정질 합금코팅 시편의 반복 접종에 따른 항균 내구성 평가 및 가혹조건에서의 항균 특성 평가

[반복 접종에 따른 항균 내구성 평가]

2cm*2cm 크기의 스테인리스강(STS) 시편들을 준비한 후, 실시예 1의 합금분말을 이용하여 일부의 시편들의 표면에 비정질 합금코팅층을 형성하였다. 이때 비정질 합금코팅층은 실시예 8 내지 14와 동일한 방법을 적용하여 제조하였다.

준비된 미코팅 시편 및 비정질 합금코팅 시편의 표면을 70% 에탄올로 세척한 후 클린벤치에서 약 15시간 건조하였다. 1/500NB 배지를 사용하여 건조된 시편에 대장균(Escherichia coli), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 및 폐렴간균(Klebsiella pneumonia)이 혼합된 혼합균을 10⁵cfu/ml의 양으로 5회 반복 접종하였으며, 접종 후 UV 멸균한 커버 글라스(18mm*18mm)로 덮어 36℃ 및 90% RH로 유지되는 항온항습조에서 배양하였다. 각 회차 접종 후 2시간이 경과한 시점에 레틴(letheen) 배지 10ml에 각 시편을 현탁(vortexing)하여 균을 회수하였다. 균 수를 확인 가능한 농도로 희석한 후 TSA 배지에 주입(pouring)하였으며, 36℃에서 24시간 배양한 후 균 수를 확인하여 표 6에 균 수 감소율을 기재하였다.

구분	반복 접종 횟수
구분	1회	2회	3회	4회	5회
비정질 합금코팅 시편	>99.9%	>99.9%	>99.9%	>99.9%	>99.9%
미코팅 시편	98.6%	98.3%	97.6%	95.7%	75.0%

표 6에 나타난 바와 같이, 비정질 합금코팅 시편은 5회 반복 접종시에도 항균력이 유지되는 반면, 미코팅 시편은 동일 조건에서 항균력이 상실되는 것을 확인할 수 있다.

[가혹조건에서의 항균 특성 평가]

반복 접종에 따른 항균 내구성 평가에서 사용한 시편과 동일한 시편들을 준비하였다.

준비된 미코팅 시편 및 비정질 합금코팅 시편의 표면을 70% 에탄올로 세척한 후 클린벤치에서 약 15시간 건조하였다. 1/500NB 배지를 사용하여 건조된 시편에 대장균(Escherichia coli), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus) 및 폐렴간균(Klebsiella pneumonia)이 혼합된 혼합균을 10⁷cfu/ml의 양으로 1회 접종하였으며, 접종 후 UV 멸균한 커버 글라스(18mm*18mm)로 덮어 36℃ 및 90% RH로 유지되는 항온항습조에서 배양하였다. 접종 후 1시간, 2시간, 3시간, 9시간 및 18시간이 경과한 시점에 각 시편을 레틴(letheen) 배지 10ml에 현탁(vortexing)하여 균을 회수하였다. 균 수를 확인 가능한 농도로 희석한 후 TSA 배지에 주입(pouring)하였으며, 36℃에서 24시간 배양한 후 균 수를 확인하여 표 7에 균 수 감소율을 기재하였다.

구분	경과 시간
구분	1hr	2hr	3hr	6hr	9hr	18hr
비정질 합금코팅 시편	TNTC	TNTC	TNTC	TNTC	>99.9%	>99.9%
미코팅 시편	TNTC	TNTC	TNTC	TNTC	TNTC	TNTC
※ TNTC (Too Numerous to Count): 균 수 과다로 개수 측정 불가

표 7에 나타난 바와 같이, 비정질 합금코팅 시편은 9시간 경과 시점에서의 항균력이 확인되지만, 미코팅 시편은 18시간이 경과한 시점에서도 항균력이 확인되지 않는다.

이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.

Claims

Fe 및 Ni 로 이루어지는 제1성분;
Cr, Co, Mo 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제2성분; 및
Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제3성분; 을 포함하고,
상기 제1성분 100 중량부에 대해,
상기 제2성분은 90 내지 110 중량부로 포함되고,
상기 제3성분은 5 내지 15 포함되며,
상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Fe의 중량비는 상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Ni의 중량비의 1.3 내지 2.0 배인 합금.
제1항에 있어서,
상기 제2성분은 Cr을 포함하고,
Co, Mo 및 Cu 중에서 선택된 어느 하나 이상을 더 포함하는 합금.
제2항에 있어서,
상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Cr의 중량비는 상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Fe의 중량비의 0.63 배 내지 1.39 배인 합금.
제1항에 있어서,
상기 제2성분은 Cr, Co, Mo 및 Cu로 이루어지고,
상기 제3성분은 Si 및 B로 이루어지는 합금.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 합금을 용융시키고, 용융된 상기 합금에 유체를 분사하여 상기 합금을 미립화시킨 후, 미립화된 상기 합금을 냉매로 냉각하여 수득되는 합금분말.
제5항에 있어서,
상기 합금분말은 비정질 상을 포함하며, 표면에 형성된 결함(defect)을 가지는 합금분말.
제5항에 있어서,
상기 합금분말은 KSM 0146 시험방법으로 측정한 대장균의 감소율이 24시간 경과 후 99.9% 이상인 합금분말.
제6항에 있어서,
상기 합금분말은 KSM 0146 시험방법으로 측정한 대장균의 감소율이 1시간 경과 후 80% 이상인 합금분말.
모재; 및
상기 모재 상에 구비되는 합금코팅층; 을 포함하며,
상기 합금코팅층은,
Fe 및 Ni 로 이루어지는 제1성분,
Cr, Co, Mo 및 Cu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제2성분과,
Si, B 및 P 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상으로 이루어지는 제3성분을 포함하고,
상기 제1성분 100 중량부에 대해,
상기 제2성분은 90 내지 110 중량부로 포함되고,
상기 제3성분은 5 내지 15 포함되며, 상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Fe의 중량비는 상기 제1성분 100 중량부에 대한 상기 Ni의 중량비의 1.3 내지 2.0 배인 합금코팅체.
제9항에 있어서,
상기 합금코팅층의 두께는 10 ㎛ 내지 500 ㎛ 인 합금코팅체.
제9항에 있어서,
상기 합금코팅층의 기공률은 5.0 % 이하인 합금코팅체.
제9항에 있어서,
상기 합금코팅층은 JIS Z 2801의 시험방법으로 측정한 대장균의 감소율이 24시간 경과 후 99.9% 이상인 합금코팅체.