[发明专利]一种新型磁控恒温抗菌耐腐蚀合金及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种新型磁控恒温抗菌耐腐蚀合金及其制备方法和应用。该合金的化学成分配比为(质量百分比)：Si(01‑1％)，Mn(01‑1％)，P(0.001‑0.030％)，S(0.001‑0.030％)，Ni(6‑20％)，Cr(2‑20％)，Mo(0‑3％)，Co(0‑20％)，Cu(0.5‑4％)，B(0‑1％)，Ti(0‑1％)，Al(0‑1％)，C(0‑0.1％)，Fe为余量。通过调整合金元素种类及成分配比，本发明提供的新型磁控恒温材料的居里温度介于90℃‑350℃，在有效控制该恒温材料的居里温度的同时，该恒温材料也具有优异的耐腐蚀及抗菌效果。

技术领域

本发明属于多功能金属结构材料领域，特别是涉及一种磁控恒温抗菌耐腐蚀合金及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的发展，对传统金属结构材料的挑战也越发突出。除了对力学性能要求越来越苛刻，还要求结构材料拥有优异的功能性能，即结构功能一体化。由于高技术领域服役工况的复杂性，其重要结构件往往承受载荷、高温、腐蚀、光照、辐射、电场、磁场等综合因素的影响。这就要求关键材料在具备一定力学性能的条件下，还要满足功能性能的要求。

居里温度是材料，尤其是金属材料铁磁性与非铁磁性转变的临界点。在居里温度之下，材料表现出铁磁性，而当温度超过居里温度时，材料的铁磁性消失。电磁炉是利用电磁感应加热的原理工作的。利用交变电生磁，磁再生电的原理，在电磁炉内部产生感应磁场，同时磁场又感应炊具锅具的铁磁性底部，产生涡流，从而产生源源不断地热量来烹饪食物。如果铁磁性锅底的温度超过了其本身的居里温度，则铁磁性材料变为非铁磁性材料，无法再继续感应出涡流加热。当温度冷却到锅底铁磁材料的居里温度以下时，锅底材料又变为铁磁性，则又可以继续感应出涡流，实现加热功能。传统的铁磁材料锅底居里温度过高，使得涡流加热连续，温度短时间迅速上升，锅内温度无法按照需求进行控制。另外，高温对食物的破坏甚至恶化作用十分显著。过多的摄入焦化碳化食物会增加人体致癌的风险。也就是说控制锅内烹饪温度的关键在于控制锅具锅底铁磁材料的居里温度。

另外，炊具锅具作为家庭一日三餐使用的工具，由于需经常烹饪，会接触许多酸碱性盐类物质，需要经常清洗打理，对其耐腐蚀也提出了新的挑战。目前针对合金的耐腐蚀性往往是通过添加Cr、Mo等元素来增加合金的耐腐蚀性，而且其含量必须达到一定的百分数才能实现。例如304、316、430等不锈钢，它们的Cr元素含量均在18％左右。

同时，由于经常在潮湿闷热的环境下存放，细菌等微生物的滋生也十分普遍。抗菌材料的开发应用由来已久，而大多抗菌材料利用的是金属盐杀菌特性。现代研究表明，金属离子对细菌具有良好的抑制和杀灭的效果，并且对人不会有其他的危害性。金属原子或其离子抗菌性优良排序为：

Ag⁺Co²⁺≥Ni²⁺≥Al³⁺≥Zn²⁺≥Cu³⁺＝Fe³⁺Mn²⁺≥Sn²⁺≥Ba²⁺≥Mg²⁺≥Ca²⁺。

若要含有以上金属元素的金属材料具有良好的抗菌性能，不仅需要这些金属元素的含量达到一定量，而且需要对金属材料进行特殊的抗菌热处理或者其他的工艺，这样才能使这些金属元素可以在金属基体中形成稳定、均匀、弥散分布及富含抗菌元素的抗菌相。同时，抗菌相在基体中的体积分数要达到一定数量，并能使富有抗菌元素的抗菌相裸露于金相表面，抗菌元素溶于水形成水合离子，进而与细菌的蛋白质相结合，使蛋白质变性，从而能杀死细菌，达到抗菌效果。目前合金的抗菌设计理念多是添加Ag、Cu等元素来实现杀菌效果。当遇到细菌时，通过释放金属离子，进入细菌细胞壁后杀死细菌。

恒温控制、耐腐蚀性及抗菌的性能都与合金材料的化学成分相关，但是不同化学元素对不同性能的影响也是复杂与不确定的。因此如何通过调整化学成分配比，来平衡这三者的关系是我们重要研究方向及重点攻克技术难题。

发明内容