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      稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼的制作方法

      文檔序號:3251696閱讀:281來源:國知局
      專利名稱:稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及抗菌不銹鋼,尤其涉及一種稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,可應(yīng)用于各種容易造成人們交叉感染的場所,如公用場所的出入口、電梯、電話亭、垃圾箱的隔離欄桿等處;也可應(yīng)用于家庭廚房用品及設(shè)施、食品工業(yè)相關(guān)設(shè)備及器皿、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人們在公共場合交往的機會越來越多,感染各種病菌的幾率也越來越大。近年來,抗菌概念及產(chǎn)品已經(jīng)越來越為大家所關(guān)注。
      二十世紀(jì)九十年代末,日本的一些企業(yè)開發(fā)了含銀及含銅的抗菌不銹鋼,如日本專利,特願平8-84822、日本專利,特願平8-89041、中國專利CN 1272889A、中國專利CN1310246A、中國專利CN 1310245A。國內(nèi)中國科學(xué)院金屬研究所等單位也先后研究開發(fā)了含銅系列鐵素體和奧氏體抗菌不銹鋼材料,如中國專利CN02144683.0、中國專利CN02144568.0。
      由于銀在α-鐵中的固溶度很小(0.0002%),而且銀在煉鋼的高溫環(huán)境下極易揮發(fā),因此銀很難有效加入到鋼中,所以采用常規(guī)合金添加方法,很難使銀均勻添加到不銹鋼中。雖已有日本企業(yè)申請了含銀抗菌鋼專利,如中國專利CN 1272889A,該專利公開了一種在不銹鋼中有效添加銀的方法,生產(chǎn)出含銀抗菌不銹鋼R430AB及R430LN-AB,該鋼是以SUS430LX(17Cr-0.4Nb)鋼為基礎(chǔ)添加銀而成的抗菌不銹鋼,其主要方法為當(dāng)進(jìn)行熔融鋼的連鑄時,連鑄的連鑄速率優(yōu)選為0.8-1.6米/分鐘。但按照該專利所述的方法,操作起來很難,且不一定就能保證使銀均勻分布于不銹鋼基體中。
      由于銀與銅或鎳互溶,本發(fā)明提出者通過多次實驗發(fā)現(xiàn),先將銀與銅或銀與鎳制備成中間合金,然后將含銀的中間合金作為冶金爐料加入到坩堝中,可以使銀均勻分布于不銹鋼基體中,從而制得含銀的不銹鋼材料。由此可以預(yù)計,也可以將銀與其它與之互溶的金屬(此金屬元素是不銹鋼所固有的或?qū)Σ讳P鋼性能無不良影響的金屬元素)制備成中間合金,然后以中間合金作為含銀元素的合金爐料的方法來制得含銀的不銹鋼。日本企業(yè)提出的含銀抗菌不銹鋼中并不含有稀土元素,其它抗菌鋼中也沒有加入稀土元素,即使有稀土元素加入的,也并沒有說明其有使不銹鋼獲得抗菌性能的效果或獲得增強抗菌性能的效果,只是將稀土元素作為不銹鋼中的一個普通合金元素來使用。
      雖然銀的成本較高,且已有含銅抗菌不銹鋼的國內(nèi)專利,但銀的抗菌性能遠(yuǎn)優(yōu)于銅,在不銹鋼中添加很少量即具有優(yōu)異的抗菌效果。而且含銀抗菌不銹鋼不象含銅抗菌不銹鋼那樣需要長時間的時效熱處理,其制備工藝相對簡化且節(jié)約能源,因此,其產(chǎn)品抗菌性能優(yōu)于含銅抗菌鋼,但總的制造成本并沒有增加或增加不多。
      稀土元素和銀元素是本發(fā)明中最重要的成分。為了改進(jìn)不銹鋼的一些性能,在生產(chǎn)不銹鋼時,常常加入稀土元素,由于稀土元素非常活潑,少量的稀土元素在不銹鋼中主要與鋼中的雜質(zhì)元素如S、O、P等產(chǎn)生反應(yīng),從而改善了不銹鋼的熱塑性、熱加工性、抗腐蝕性能以及機械性能等。稀土元素及銀元素在不銹鋼中的固溶度都非常小,因此少量的稀土元素及銀元素就可以達(dá)到使它們在不銹鋼基體中均勻彌散析出的效果。
      本發(fā)明稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,可以作為功能及結(jié)構(gòu)材料,廣泛使用于各種需要使用的環(huán)境,具有一定的強度,可加工,可制作結(jié)構(gòu)件。它具有長效抗菌性,表面磨損后并不損失其抗菌性能。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)良抗菌性能的稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,利用稀土元素和銀元素獨特的生物無機化學(xué)性能(即抗菌性能),將它們加入不銹鋼中,使其成為不銹鋼中的合金元素,并在不銹鋼中均勻彌散分布,從而賦予不銹鋼以優(yōu)異的抗菌性。
      本發(fā)明提供了一種稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼中含有0.05-1.0重量%的稀土元素和0.005-0.5重量%的銀元素,13-30重量%的鉻元素,或0-18重量%的鎳元素,≤1.2重量%的碳元素,≤3重量%的硅元素,≤10重量%的錳元素,進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤3.8重量%,Mo≤3重量%,Al≤1.2重量%,其他合金元素的含量≤1重量%,其余為基體鐵元素,并且其基體中均勻彌散分布著加入的稀土元素和銀元素。
      本發(fā)明稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,可以為奧氏體結(jié)構(gòu),化學(xué)成分為,C≤0.1重量%、Si≤3重量%、Mn≤10重量%、Cr13-30重量%、Ni4-18重量%、稀土元素0.05-1.0重量%,銀元素0.005-0.5重量%,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì);稀土元素為La系稀土元素,是混合稀土,或者是La、Ce、Pr、Nd、Y、Gd、Yb中的一種或一種以上。
      本發(fā)明稀土改進(jìn)抗菌性能含銀奧氏體不銹鋼,可以進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤3.8重量%,其他合金元素的含量≤1重量%。
      本發(fā)明稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,可以為鐵素體結(jié)構(gòu),化學(xué)成分為,C≤0.2重量%、Si≤2重量%、Mn≤2重量%、Cr10-30重量%、Ni≤1重量%、稀土元素0.05-1.0重量%,銀元素0.005-0.5重量%,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì);稀土元素為La系稀土元素,是混合稀土,或者是La、Ce、Pr、Nd、Y、Gd、Yb中的一種或一種以上。
      本發(fā)明稀土改進(jìn)抗菌性能含銀鐵素體不銹鋼,可以進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤2.0重量%,其他合金元素的含量≤1重量%。
      本發(fā)明稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,可以為馬氏體結(jié)構(gòu),化學(xué)成分為,C≤2重量%、Si≤3重量%、Mn≤2重量%、Cr10-20重量%、Ni≤5重量%、稀土元素0.05-1.0重量%,銀元素0.005-0.5重量%,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì);稀土元素為La系稀土元素,是混合稀土,或者是La、Ce、Pr、Nd、Y、Gd、Yb中的一種或一種以上。
      本發(fā)明稀土改進(jìn)抗菌性能含銀鐵素體不銹鋼,可以進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤3.0重量%,Al≤1.2重量%,其他合金元素的含量≤1重量%。
      本發(fā)明所述具有優(yōu)良抗菌性能的添加稀土元素的含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼中的銀元素添加方法為先將銀與銅冶煉制成銀銅中間合金,或先將銀與鎳冶煉制成銀鎳中間合金,然后再按常規(guī)不銹鋼冶煉方法,銀以中間合金的方式加入,這樣可保證銀有效加入不銹鋼中,且均勻彌散分布于不銹鋼基體中。添加的銀-銅中間合金含有(重量%)Ag10~50,Cu50~90,銀-鎳中間合金含有Ag0.3~10,Ni90~99.7。
      本發(fā)明所述具有優(yōu)良抗菌性能的添加稀土元素的含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼中的稀土元素添加方法為采用稀土硅鐵或在不銹鋼冶煉后期適時加入稀土合金,這樣可避免稀土元素過度損失。
      本發(fā)明稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼具有抗菌性能持久、抗菌范圍廣,并具有良好的機械性能和抗腐蝕性能。


      圖1含銀和稀土鈰的奧氏體抗菌鋼A4電子探針掃描區(qū)域的背散射像圖2含銀和稀土鈰的奧氏體抗菌鋼A4中銀在基體內(nèi)的面分布圖(0.35wt.%Ag)圖3含銀和稀土鈰的奧氏體抗菌鋼A4中鈰在基體內(nèi)的面分布圖(0.12wt.%Ce)圖4含銀和稀土鈰的奧氏體抗菌不銹鋼的SEM掃描電鏡圖及對基體內(nèi)析出相的XDS能譜分析(見表7、8、9)。
      具體實施例方式將如表1所示成分配比的煉鋼原料通過真空感應(yīng)爐冶煉而得到直徑Φ50mm的具有不同成分的含銀奧氏體不銹鋼鑄件經(jīng)過固溶處理后,經(jīng)線切割得到實驗試樣,分別進(jìn)行以下試驗。
      (一)電子探針微區(qū)成分分布分析及掃描電鏡銀及稀土元素析出相觀察及XDS能譜分析將表1中具有A4成分的添加稀土元素鈰的含銀抗菌不銹鋼試片,經(jīng)金相研磨機研磨后拋光,制成拋光試樣,用島津EPMA1610電子探針微分析儀對其基體內(nèi)稀土元素鈰和銀元素的分布進(jìn)行測試,從電子探針圖片可以看出,在不銹鋼基體中均勻分布著富含稀土元素鈰和銀元素的微小區(qū)域。掃描電鏡及電子探針圖片見附圖1-圖3。將上述試樣在金相腐蝕液中進(jìn)行腐刻,然后采用Philips公司ESEM XL30場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡觀察試樣表面析出相形貌,并進(jìn)行EDX能譜分析;表面析出相形貌見附圖4,能譜分析結(jié)果見表7、表8和表9。
      (二)抗菌實驗將抗菌不銹鋼試樣切成Φ50mm厚3mm的試片,對照樣品采用不含稀土元素及銀元素的同種類不銹鋼。實驗微生物采用大腸桿菌(E.coli)ATCC 8099,金黃色葡萄球菌(S.aureus)ATCC6538,白色念珠菌(C.albicans)ATCC 10231枯草芽孢桿菌黑色變種(B.subtilis var.niger)ATCC 9372,菌種由軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院微生物流行病研究所提供,具體操作方法如下。
      (1)菌種保藏將菌種接種于營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(NA)斜面上,在(37±1)℃下培養(yǎng)24h后,在(0~5)℃下保藏(不得超過1個月),作為斜面保藏菌。
      (2)菌種活化將斜面保藏菌轉(zhuǎn)接到平板營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上,在(37±1)℃下培養(yǎng)24h,每天轉(zhuǎn)接1次,不超過2周。試驗時應(yīng)采用連續(xù)轉(zhuǎn)接2次后的新鮮細(xì)菌培養(yǎng)物(24h內(nèi)轉(zhuǎn)接的)。
      (3)菌懸液制備用接種環(huán)從(2)培養(yǎng)基上取新鮮細(xì)菌,加入培養(yǎng)液中,并依次做10倍遞增稀釋液,選擇合適濃度的菌液做實驗。
      (4)樣品實驗將消毒好的試樣放在直徑Φ90mm的無菌培養(yǎng)皿中,分別取0.2ml(3)試驗用菌液滴加在陰性對照樣品、空白對照樣品和抗菌材料樣品上。用直徑Φ40mm的厚0.05-0.1mm的聚乙烯薄膜覆蓋在試樣表面并使菌液均勻展開。每個樣品做3個平行。然后將培養(yǎng)皿放置在(37+1)℃條件下培養(yǎng)。
      取出培養(yǎng)一定時間的樣品,分別加入45ml洗脫液,反復(fù)洗陰性空白樣品、空白樣品、處理樣品,充分搖勻后,取一定量接種于營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基(NA)中,在(37±1)℃下培養(yǎng)一定時間后活菌計數(shù),按GB 4789.2《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗——菌落總數(shù)測定的方法》測定活菌數(shù)。
      以上試驗重復(fù)三次,取平均值。
      抗菌實驗結(jié)果見表2。殺菌率的計算公式為 上述公式中的活菌數(shù)均為抗菌實驗后的活菌數(shù)。
      鐵素體抗菌不銹鋼和馬氏體抗菌不銹鋼的配比如表3和表5所示,抗菌實驗方法同奧氏體抗菌不銹鋼。
      將如表3所示成分配比的煉鋼原料通過真空感應(yīng)爐冶煉而得到所需成分的鐵素體不銹鋼鑄件,經(jīng)過固溶處理后,可進(jìn)行鍛制、熱軋及冷軋等加工。抗菌實驗同含銀和稀土鈰的奧氏體抗菌不銹鋼。
      將如表5所示成分配比的煉鋼原料通過真空感應(yīng)爐冶煉而得到所需成分的馬氏體不銹鋼鑄件,經(jīng)過固溶處理后,可進(jìn)行鍛制、熱軋及冷軋等加工??咕鷮嶒炌y和稀土鈰的奧氏體抗菌不銹鋼。
      表1含銀和稀土鈰的奧氏體抗菌不銹鋼成分表

      表2含銀和稀土鈰的奧氏體抗菌不銹鋼抗菌性能對照表

      表3含銀和稀土鈰的鐵素體抗菌不銹鋼成分表

      表4含銀和稀土鈰的鐵素體抗菌不銹鋼抗菌性能對照表

      表5含銀和稀土鈰的馬氏體抗菌不銹鋼成分表

      表6含銀和稀土鈰的馬氏體抗菌不銹鋼抗菌性能對照表

      表7圖2中A4試樣表面箭頭1標(biāo)識處掃描電鏡EDX能譜分析結(jié)果

      表8圖2中A4試樣表面箭頭2標(biāo)識處掃描電鏡EDX能譜分析結(jié)果

      表9圖4中A4試樣表面箭頭3標(biāo)識處掃描電鏡EDX能譜分析結(jié)果

      權(quán)利要求
      1.稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼中含有0.05-1.0重量%的稀土元素和0.005-0.5重量%的銀元素,13-30重量%的鉻元素,或0-18重量%的鎳元素,≤1.2重量%的碳元素,≤3重量%的硅元素,≤10重量%的錳元素,進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤3.8重量%,Mo≤3重量%,Al≤1.2重量%,其他合金元素的含量≤1重量%,其余為基體鐵元素,并且基體中均勻彌散分布著加入的稀土元素和銀元素。
      2.按照權(quán)利要求1所述的稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼為奧氏體結(jié)構(gòu),化學(xué)成分為C≤0.1重量%、Si≤3重量%、Mn≤10重量%、Cr13-30重量%、Ni4-18重量%、稀土元素0.05-1.0重量%,銀元素0.005-0.5重量%,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì);稀土元素為La系稀土元素,是混合稀土,或者是La、Ce、Pr、Nd、Y、Gd、Yb中的一種或一種以上。
      3.按照權(quán)利要求2所述的稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤3.8重量%,其他合金元素的含量≤1重量%。
      4.按照權(quán)利要求1所述稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼為鐵素體結(jié)構(gòu),化學(xué)成分為,C≤0.2重量%、Si≤2重量%、Mn≤2重量%、Cr10-30重量%、Ni≤1重量%、稀土元素0.05-1.0重量%,銀元素0.005-0.5重量%,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì);稀土元素為La系稀土元素,是混合稀土,或者是La、Ce、Pr、Nd、Y、Gd、Yb中的一種或一種以上。
      5.按照權(quán)利要求4所述的稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤2.0重量%,其他合金元素的含量≤1重量%。
      6.按照權(quán)利要求1所述的稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼為馬氏體結(jié)構(gòu),化學(xué)成分為,C≤1.2重量%、Si≤3重量%、Mn≤2重量%、Cr10-20重量%、Ni≤5重量%、稀土元素0.05-1.0重量%,銀元素0.005-0.5重量%,余量為Fe及不可避免的雜質(zhì);稀土元素為La系稀土元素,是混合稀土,或者是La、Ce、Pr、Nd、Y、Gd、Yb中的一種或一種以上。
      7.按照權(quán)利要求6所述的稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤3.0重量%,Al≤1.2重量%,其他合金元素的含量≤1重量%。
      8.按照權(quán)利要求1所述的稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼中冶煉時銀元素添加方法為先將銀與銅冶煉制成銀銅中間%合金,或先將銀與鎳冶煉制成銀鎳中間合金,然后再按常規(guī)不銹鋼冶煉方法,銀按所需比例以中間合金的方式加入,這樣可保證銀有效加入不銹鋼中,且均勻彌散分布于不銹鋼基體中;添加的銀-銅中間合金含有Ag10~50重量%,Cu50~90重量%,銀-鎳中間合金含有Ag0.3~10重量%,Ni90~99.7重量%。
      9.按照權(quán)利要求1所述具有優(yōu)良抗菌性能的添加稀土元素的含銀不銹鋼,其特征在于該不銹鋼中的稀土元素添加方法為采用稀土硅鐵或在不銹鋼冶煉后期適時加入稀土合金,這樣可避免稀土元素過度損失。
      全文摘要
      一種稀土改進(jìn)抗菌性能含銀不銹鋼,含有0.05-1.0重量%的稀土元素和0.005-0.5重量%的銀元素,還含有Cr13-30重量%,Ni0-18重量%,C≤1.2重量%,Si≤3重量%,Mn≤10重量%,進(jìn)一步含有一種或一種以上的Cu、Mo、Co、Ti、Nb、V、Al、Zr、B合金元素,其中Cu≤3.8重量%,Mo≤3.0重量%,Al≤1.2重量%,其他合金元素的含量≤1重量%,其余為基體鐵元素,其基體中均勻彌散分布著加入的稀土元素和銀元素,從而賦予了該不銹鋼抗菌性能。銀元素是通過銀-銅或銀-鎳中間合金、稀土元素是通過稀土硅鐵或在不銹鋼冶煉后期適時加入稀土合金而加入不銹鋼基體的。本發(fā)明所涉及的不銹鋼具有抗菌性能持久、抗菌范圍廣,細(xì)菌不會產(chǎn)生抗性的特點,并具有和普通不銹鋼相當(dāng)?shù)臋C械性能和腐蝕性能。
      文檔編號C22C33/06GK1948535SQ20061009744
      公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
      發(fā)明者敬和民, 吳欣強, 劉永前, 楊柯, 姚治銘, 呂曼琪, 王智學(xué), 李莉 申請人:安徽工業(yè)大學(xué)
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