[发明专利]一种含铜抗菌不锈钢及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种不锈钢，尤其涉及一种含铜抗菌不锈钢及其制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

为满足人们对厨房用具、公共设施、医疗器械等制品防菌、抗菌日益提高的需求，研究人员通过合金化、表面涂层或渗层处理等手段开发出各种具有抗菌性能的不锈钢产品。抗菌不锈钢具有结构材料和抗菌功能材料的双重特点，具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及良好的光洁度、优良的机械加工性能、无毒、广谱抗菌、抗菌时效长、不产生耐药性等特点。抗菌不锈钢是抗菌功能材料的重要发展方向之一。

抗菌不锈钢发展很快，但仍存在很多问题。如在冶炼过程中添加铜的抗菌不锈钢虽然抗菌效果明显且抗菌寿命长，但其在轧制时表面容易开裂，影响其综合性能。又如抗菌不锈钢会因为不锈钢表面的钝化膜而使铜难以在其表面溶出，影响抗菌效果。再如中国专利申请文件(公开号：CN102168226A)中公开的一种纳米析出相马氏体抗菌不锈钢，该抗菌不锈钢中含有Ni：5.8重量％，Mo：0.15-4.90重量％，Cu：0.65-4.60重量％，W：0.15-6.00重量％等价格较昂贵的合金元素，导致生产成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种生产成本低、抗菌效果和机械性能都较好的含铜抗菌不锈钢。

本发明的上述目的通过如下技术方案实施：所述的含铜抗菌不锈钢的成分及其质量百分比为：碳(C)：0.08-0.25重量％，铬(Cr)：11.00-30.00重量％，硅(Si)≤2.80重量％、铜(Cu)：0.40-3.20重量％、锰(Mn)：≤2.00重量％、锌(Zn)：≤1.10重量％、铝(Al)：≤3.20重量％，氮(N)：≤0.30重量％，余量为铁(Fe)及不可避免的杂质。

其中，在基体中均匀弥散分布着纳米级析出相ε-Cu，其尺寸在30-80nm左右，析出相之间的间距在80-100nm左右。

本发明提供的含铜抗菌不锈钢中，还可以进一步含有选自下列合金元素中的一种或多种：钛(Ti)、铌(Nb)、钼(Mo)、钒(V)、锆(Zr)、锡(Sn)、钪(Sc)，每一种≤1.00重量％。

C作为抗菌不锈钢中的主要成分，一方面能提高抗菌不锈钢的强度，另一方面能促进析出ε-Cu，使其均匀弥散分布。本发明严格将碳含量控制住在0.08-0.25重量％，在达到增加抗菌不锈钢强度的同时仍具有较好的加工性。当不锈钢中碳含量低于0.08重量％时，通常得不到抗菌不锈钢所需要的强度。但当碳超过0.25重量％则不仅会降低不锈钢的抗腐蚀性能，还会增大加工、制造不锈钢的难度。

Cr是使含铜抗菌不锈钢具有良好耐腐蚀性能的主要元素，当Cr的含量超过30.00重量％时，易形成FeCr脆相，严重影响抗菌不锈钢的性能，会对抗菌不锈钢的生产和应用都带来负面影响。

Si不仅可以作为含铜抗菌不锈钢的合金元素，还可作为脱氧剂。但当Si大于2.80重量％，不仅不利于生产，还会影响抗菌不锈钢的性能。

Cu是本发明含铜抗菌不锈钢中重要的成分。为了改进不锈钢的材料性能，有些传统的铁素体不锈钢中也含有少量的铜，但本发明通过合理配伍将Cu的含量控制在0.40-3.20重量％。当铜的含量低于0.40重量％时，即使经过抗菌处理，抗菌不锈钢的基体中亦形成不了均匀弥散分布的纳米级析出ε-Cu，所以抗菌不锈钢的抗菌效果很差，甚至不能表现出抗菌性能。而当铜的含量超过3.20重量％时，抗菌不锈钢的机械加工性能以及耐蚀性会降低，还会大幅度提高生产成本。

Mn是含铜抗菌不锈钢中不可缺少的合金元素。锰在抗菌不锈钢中不仅可以作为脱氧剂，还可部分甚至全部替代Ni使不锈钢形成奥氏体相，从而降低了生产成本。本发明将抗菌不锈钢中的锰含量控制在2.00重量％以内，超过此范围时，会对抗菌不锈钢的性能产生不利影响。

在金属中，Zn的杀菌能力仅次于银和铜。在本发明中添加适量的锌，一方面可以提高抗菌不锈钢的抗菌性，另一方面可以强化抗菌不锈钢的综合性能，尤其改善抗菌不锈钢的力学性能。当锌的含量超过1.10重量％时，不利于抗菌不锈钢的抗腐蚀性能，同时还会增加生产成本。

在本发明抗菌不锈钢中添加适量的Al，在提高时效强化效应的同时，还可提高回火稳定性和增强二次硬化效应。

将适量N添加到本发明的抗菌不锈钢中，不仅可以强化不锈钢的力学性能，还可促进折出相ε-Cu的均匀弥散分布，提高抗菌不锈钢的抗菌性能和抗氯离子腐蚀性能。同时还可降低本发明的生产成本。因氮的溶解度受Cr和Mn的影响，N的含量不宜超过0.30重量％。