[发明专利]一种新型抗菌复合粉末和不锈钢及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种新型抗菌复合粉末和不锈钢及其制备方法和应用，所述抗菌复合粉末包括粒径为0.5‑15μm的不锈钢颗粒以及附着在所述不锈钢颗粒表面的含银纳米颗粒，其制备方法包括：将含银纳米颗粒分散在分散剂中，加入粒径为0.5‑15μm的不锈钢颗粒，使含银纳米颗粒吸附到不锈钢颗粒表面，制成抗菌复合粉末。采用粉末冶金学方法将抗菌复合粉末制成含银抗菌不锈钢。本发明提供的含银抗菌不锈钢制备工艺简单，具有粉末冶金法的一系列优势，可作为功能及结构材料。由于整个不锈钢基体中都含有均匀分布的细小银相，此含银不锈钢即便在表面被磨损后仍具备优良的抗菌性能。

技术领域

本发明属于不锈钢技术领域，具体涉及一种新型抗菌复合粉末、由其制成的抗菌不锈钢，以及它们的制备方法和应用。

背景技术

作为病原体的细菌一直以来都是困扰食品工业和公共卫生领域的难题。尤其是随着社会经济的发展，人们在公共场合接触的机会越来越多，安全和卫生健康问题也正在得到越来越多的重视。然而，不锈钢作为公共医疗卫生领域应用最为广泛的材料之一，其本身并不具备抗菌功能，从而使得人们有更高的风险感染各种病菌。因此开发具有优异稳定的抗菌性能的不锈钢器具具有重大的意义和价值。

现有的抗菌不锈钢主要分为两大类：含铜抗菌不锈钢和含银抗菌不锈钢。其中含铜抗菌不锈钢由于在奥氏体区拥有较高的固溶度，很容易通过传统的铸造及热处理工艺得到基体中均匀分布有铜相或富铜相的含铜抗菌不锈钢，从而发挥铜元素优良的抗菌性能。这种方法制备的含铜抗菌不锈钢已经在多个牌号的不锈钢中取得了成功，代表性的有添加了3％～4％铜的高强度马氏体抗菌不锈钢，以及具有广泛应用、加工性能优异的含铜奥氏体抗菌不锈钢。目前已有中国专利CN02144683.0、中国专利CN02144568.0等。然而含铜抗菌不锈钢需要较高的铜添加量，且受限于铜本身的杀菌作用并不完美。较高的铜添加量会降低原有牌号不锈钢的耐腐蚀性能和加工性能。铜和银作为都具备抗菌功能的合金添加元素，银的抗菌性能大约为铜的100倍，只需要微量添加的银就可以产生很明显的抗菌效果且无需后续复杂的热处理，因此其产品抗菌性能优于含铜抗菌钢，但成本相差不大。此外，银被证明具有更广的抗菌菌谱，对更多种类的细菌都有较好的抑制或杀灭作用。

然而，由于银和铁是典型的不互溶元素体系，其无论在固态还是液态条件下都拥有极低的固溶度(银在α-铁中为0.0002％)，而且熔点较低的银在炼钢的高温环境下极易挥发，同时银的密度大约为铁的两倍，在铸造过程中极易偏析，因此，传统铸造工艺很难将银均匀的添加到不锈钢中。虽然已有通过时效热处理以及固溶热处理等技术手段改善铸造含银不锈钢中银相分布的研究，但受限于银在不锈钢中极低的固溶度，依然很难保证银均匀的分布于不锈钢基体中，导致局部贫银区范围较大，难以保证所有细菌都可以和含银析出相相互作用，从而使得抗菌性能不稳定。此外，传统的铸造金属材料制造工艺获得抗菌不锈钢的方法有着对能源和原料的消耗高，生产成本高，环境不友好等缺点。

相比于传统铸造工艺，粉末冶金技术具有：形状自由度高，产品不需要或只需要少量切削加工，材料利用率高达95％以上，易于大批量生产等特点。因此利用粉末冶金技术制备抗菌不锈钢前景广阔。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种采用粉末冶金技术制备的具有优异抗菌性能的含银抗菌不锈钢及其制备方法和应用。

本发明的发明人以粉末冶金技术为基础，创造性地考虑了细菌的尺寸和不锈钢基体中银相之间平均间距的问题，通过使用与典型细菌大小相当的不锈钢金属粉末将含银抗菌不锈钢中银相的平均间距调整到与细菌大小相当，确保细菌与银元素的相互作用。同时本发明通过使用纳米级银颗粒或含银颗粒，利用纳米粉末尺寸小、吸附性好的特点确保了微量添加的银即可保证细小，均匀的银元素分布。合适尺寸的不锈钢粉末的选用以及纳米级银颗粒或含银颗粒的添加是本发明中最重要的部分。这使得本发明改进的含银不锈钢基体中拥有弥散分布的细小银相，且可保证细菌与银相之间的相互作用，从而获得永久、优异的抗菌性能。