抗菌部件及其制备方法技术

一种经过加入０．４－５．０重量％的铜及以０．２容积％的比例沉淀出的富－铜相来改善抗菌性的不锈钢。经５００－９００摄氏度老化或退火等热处理使得不仅在表层还是里面该富－铜相均匀沉淀并分散在基质内。由于抗菌性来自材料本身，所以不锈钢可以长期保持这种抗菌性。结果是，这种不锈钢材料在各种领域具有广泛的用途。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及改进抗菌性能的不锈钢及其制备方法。由SUS304表示的不锈钢已被广泛地用于厨房设备或者医院使用的器械，建筑物的内部设施，再如公共汽车，电车等公共交通工具中使用的把手，门把。可是，由于医院内金黄色葡萄球菌的感染带来了严重问题的今天，人们一直渴望采用一种具有抗菌性能，而不必要定期进行消毒的材料。日本特许公开8-53738和8-225895披露用一种有机薄膜或者抗菌涂膜来获得抗菌性能。然而，这种抗菌膜的缺点是，由于该膜或者涂层的消耗其抗菌作用消失。另外，这种消失了抗菌作用的薄膜，相反会起到营养源的作用，促使细菌的繁殖。具有抗菌性组分的复合平面层对底物的粘着性差，从而涂覆的底物工作性能不佳。由于该平面层溶解，刮伤以及使得其外观和抗菌性变得越来越差。已知如银或者铜等金属显示出有效的抗菌作用。然而银昂贵，而且不适合在腐蚀的环境下使用之。另外，铜不价格低廉，而且能作为有效的抗菌剂。因此，已经有人向不锈钢中加入铜，使用这种抗菌作用的材料。本专利技术人经刻苦钻研，评价铜在改进抗菌性能方面的效果，并专利技术在不锈钢的表面中增加铜的浓度，来加大抗菌作用。这一结果已披露在日本特许公开6-209121和7-55069中。本专利技术的目的在于进一步提高铜的这种作用，从而完成本专利技术。本专利技术的目的在于经过以适当的比例，沉淀主要由铜组成的二级相(此后成富-铜相)使不锈钢具有优良的抗菌性。按照本专利技术所述的不锈钢，它含有0.4-5.0重量％铜，并具有富-铜相以0.2容积％或更高的比例分散在基质中的结构。经过加热处理，如老化或者韧化沉淀富-铜相，其热处理温度与不锈钢的种类，如铁素体不锈钢，奥氏体不锈钢或者马氏体不锈钢等有关。铁素体不锈钢的组分包括少于等于0.1重量％的C，少于等于2重量％的Si，少于等于2重量％的Mn，10-30重量％的Cr，0.4-3重量％的Cu，选择性地加入0.02-1重量％的Nb和/或Ti，以及平衡量的铁。这种不锈钢可以进一步含有至少一种最高达3重量％的Mo，1重量％的Al，1重量％的Zr，1重量％的V，0.05重量％的B，以及0.05重量％的稀土金属(REM)。当这种铁素体不锈钢在500-800摄氏度老化(AGE)时，富-铜相以0.2或更高的容积％沉淀。老化处理后，在冷轧该不锈钢，最后在韧化之。奥氏体不锈钢的组分包括少于等于0.1重量％的C，少于等于2重量％的Si，少于等于5重量％的Mn，10-30重量％的Cr，5-15重量％的Ni，1.0-5.0重量％的Cu，选择性加入0.02-1重量％Nb，和/或Ti，平衡量基本上为铁。这种不锈钢也可以进一步含有一种或多种最高达3重量％的Mo，1重量％的Al，1重量％Zr，1重量％的V，0.05重量％的B和0.05重量％的稀土金属(REM)。当这种奥氏体不锈钢在500-900℃至少进行一次热处理时，富-铜相以0.2或更高的容积％沉淀，这种热处理可在热轧到最终产品形成的任何价段进行。马氏体不锈钢的组分包括少于等于0.8重量％的C，少于等于3重量％的Si，10-20重量％的Cr，0.4-5.0重量％的Cu以及平衡量基本为铁。这种不锈钢可以进一步含有一种或两种最高达4重量％的Mo，和1重量％的V。在这种情况下，富-铜相可以经过分批韧化沉淀，其中在500-900摄氏度下，加热热扎钢板1小时或者更长时间。然后也可冷轧该钢板，最后在700-900摄氏度下韧化之。附附图说明图1透射电镜观察到的，在800摄氏度下，老化1小时后的，含铜铁素体不锈钢的金相图。一般不锈钢具有优良的抗腐蚀性能，正是因为它被覆盖了一层主要由Cr组成的氢氧化物层(所谓钝性膜)。本专利技术人检测到含有效抗菌作用铜的，铁素体不锈钢表面上形成的，钝性膜内包含的铜的浓度。并用金黄色葡萄球菌液体来检测它的抗菌性。本专利技术人注意到虽然经向不锈钢内另外加入铜来改善抗菌性，但是仅仅靠在不锈钢中溶解一些铜，该抗菌作用和稳定性有时不理想。本专利技术人进一步研究铜的作用，发现如图1所示的富-铜相(Cu-richphase)的沉淀能有效地改善其抗菌作用。当加入不锈钢的铜部分沉淀成所示的0.2容积％或更大的比例的富-铜相时，其抗菌性明显增强。富-铜相也可以具有f.c.c.或者h.c.p.结构。经等温加热处理，如在一定范围的温度内老化，可以沉淀出富-铜相，或者在尽可能长的时间，和沉淀温度范围内慢慢地冷却，也可以沉淀出富-铜相。因此，本专利技术人进一步研究热处理对于富-铜相沉淀比例的影响。结果显示，按照不同种类的不锈钢，在不同的条件下，能促进富-铜相的沉淀，其结果如下。对于铁素体不锈钢，经过500-800摄氏度，老化，最后韧化该不锈钢促进富-铜相的沉淀。对于奥氏体不锈钢，经过500-900摄氏度，老化，最后韧化该不锈钢促进富-铜相的沉淀。对于马氏体不锈钢，经批量韧化处理，其中含铜的马氏体不锈钢在500-900摄氏度下加热，最后韧化，来促进富-铜相的沉淀。尽管冷轧马氏体不锈钢后再与700-900摄氏度下连续成批韧化之，其抗菌作用还不降低。经过加入其它组分，如Ti或Nb，整个不锈钢基质中富-铜相的分散会变的更均匀，使得很容易形成碳氮化物或沉淀物。由于这种碳氮化物或沉淀物对于富-铜相起沉淀部位的作用，故所述的富-铜相呈细微沉淀物形式均匀地沉积在基质中。结果是，该不锈钢的抗菌作用以及产量进一步得以改进。铁素体不锈钢本专利技术之铁素体不锈钢的合金成分和含量在以下的描述中明显可见端倪。C能改进铁素体不锈钢的强度。C作为合金成分能有效地促进富-铜相均匀的分散，这也是由于形成了碳化铬的缘故。然而，加入量超过0.1重量％的C就会降低产量和耐腐蚀性。Si作为合金成分可有效地改善耐腐蚀性和强度，但是加入量超过2重量％会降低产量。Mn作为合金成分可有效地改善产量，并稳定以MnS形式存在的有害的S。然而，Mn的加入量超过2重量％会降低耐腐蚀性。Cr为基本的合金成分，它维持铁素体不锈钢的耐腐蚀性能。而Cr含量在10重量％或更多时可保持耐腐蚀性能。但Cr含量超过30重量％会降低产量。按照本专利技术之铁素体不锈钢，铜是最重要的成分。为了保持优良的抗菌性能，必须沉淀出0.2容积％或更大比例的富-铜相。以所述比例沉淀的富-铜相要求铜的加入量为0.4重量％或者更多。而铜的数量应当控制在少于3重量％的范围。铜量超标会引起产量降低，耐腐蚀性差。虽然对富-铜相沉淀物的大小无限制，但是，优选的是，富-铜相以细微的沉淀物形式均匀地沉积分散在基质中，以使抗菌性均匀地呈现与产品的全部表面之上。Nb和Ti为可选择的加入铁素体不锈钢内的合金成分。它们形成沉淀物对于均匀沉淀富-铜相起种子的作用。这种作用很明显，当这种不锈钢中Nb和/或Ti的含量为0.02重量％或更高时，Nb和Ti的含量应当限制为少于1重量％，因为超过这一数量会降低产量和使用性。Mo为耐腐蚀性和强度效果上可选择的合金成分。但Mo的加入量超过3重量％会降低不锈钢的产量和使用性。Al是增加耐腐蚀性的可选择的合金成分。但，其加入量超过1重量％会降低不锈钢的产量和使用性。Zr这种合金成分，加入到不锈钢内是偶尔需要，其作用是形成碳氮化物以增加强度。然而，Zr的加入量超过1重量％会降低不锈钢的产量或者使用性。V与Zr相同都是可选择的合金成分。但是V的加入量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优良抗菌性能的不锈钢，它含有０．４－５．０重量％的Ｃｕ，并具有主要由以基质内大于０．２容积％的比例沉淀的Ｃｕ组成的二级相的结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川守弘，宫楠克久，大久保直人，中村定幸，
申请(专利权)人：日新制钢株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]