专利名称：表面含铜抗菌不锈钢及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及不锈钢和用不锈钢制造的各类器皿，特别是表面具有抗菌性的不锈钢及其制造工艺，它适用于需要保持低菌落或无菌落的环境，主要针对病原性细菌(如黄色葡萄球菌和大肠杆菌)进行杀灭。
中国专利申请“改进抗菌性能的不锈钢及其制法”(专利申请号96114349、公开号1158363，发明人长谷川守弘、宫楠克久、大久保直人、中村定幸，申请人日新制钢株式会社)，公开内容为一种经过加入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。
中国专利申请“抗菌性良好的不锈钢材及其制造方法”(专利申请号99800249、公开号1256716，申请人川崎制铁株式会社)，公开内容为本发明提供了具有良好加工性和耐腐蚀性及抗菌性的不锈钢材。具体地说，使含有Cr10％(重量)以上的不锈钢中含有Ag0.0001-1％(重量)，或者进一步含有选自Sn0.0002-0.02％(重量)、Zn0.0002-0.02％(重量)、Pt0.0002-0.01％(重量)中的1种或1种以上，另外，使平均粒径500μm以下的银粒子、银氧化物和银硫化物中的1种或1种以上分散于该不锈钢中，合计面积率为0.001％以上。为了使银粒子、银氧化物和银硫化物均匀分散，连续铸造的浇注速度应当在0.8-1.6m/分。
中国专利申请“具有抗菌性能的不锈钢及其制造方法”(专利申请号99800934、公开号1272889，申请人川崎制铁株式会社，发明人横田毅、枥原美佐子、佐藤进莲野贞夫)，公开内容为本发明提供了用作具有优异耐蚀性、抗菌性能和耐久性的不锈钢，所述的抗菌性能在进行包括如抛光的常规表面处理之后仍能保持。特别地，该不锈钢含有10％以上的铬，0.01-0.30％(重量)的银，或者还含有0.001-1.0％(重量)的钒。另外，在不锈钢中分散有0.0005％(重量)以上的氧化银，该氧化银的含量为银含量的1.1倍以下。为了将氧化银均匀分散于不锈钢中，当进行熔融钢的连铸时，连铸的连铸速率优选为0.8-1.6米/分钟。还公开了制造该不锈钢的方法。
上述技术和产品，都是通过炼钢、连铸及轧制工艺，在不锈钢整体中添加无机抗菌剂Cu，由于Cu的热脆性会对炼钢、连铸及轧制过程造成不利的影响，在冶炼过程中整体添加Cu存在相当大的困难，因此，上述技术和产品对冶金控制能力和轧制工艺要求极高，产品成本高，能耗大。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是表面含铜抗菌不锈钢，它包括不锈钢基材，在不锈钢基材表面上有含ε-Cu的渗镀层，渗镀层的含铜量为1.5-30wt％。
表面含铜抗菌不锈钢的制造工艺包括步骤为(1)将不锈钢基材放入包含分析用CuO、CuCl的渗剂中；(2)加热至800～1000℃温度区间，并保持2～10小时；(3)在400～950℃区间进行1～8小时的固溶时效处理。
本发明不锈钢，其表面上有含ε-Cu的渗镀层，表面具有良好的抗菌性。
由于不锈钢自身具有高耐蚀性，在其表面进行化学热处理时，不破坏其基体原有的耐蚀性，因此，本发明制造工艺采用固体粉末化学热处理法，它通过对不锈钢基体进行直接化学热处理，将金属铜原子通过吸附、扩散、固溶等步骤进入到不锈钢基体内部，在不锈钢基体表面获得含ε-Cu的抗菌层。
本发明可以直接在不锈钢成品的基础上获得其基体不具备的抗菌性能，同时避免了整体添加Cu而造成的不利影响。
本发明制造具体工艺步骤如下(1)将不锈钢基材放入包含分析用CuO、CuCl的渗剂中；(2)加热至800～1000℃温度区间，并保持2～10小时，使金属铜原子通过吸附、扩散到不锈钢基材内；(3)在400～950℃区间进行1～8小时的固溶时效处理，获得具有抗菌功能的ε-Cu相，且抗菌效果持久。
简单工艺曲线如
图1。
本发明工艺中的渗剂可以为CuO、CuCl和NH4Cl的组合物，各组分的重量百分比为CuO35％，CuCl32％，NH4Cl33％。
渗剂还可以为CuO、CuCl和NH4Cl的组合物，各组分的重量百分比为CuO20％，CuCl30％，NH4Cl50％。
渗剂还可以为CuO、CuCl和NH4Cl的组合物，各组分的重量百分比为CuO50％，CuCl20％，NH4Cl30％。
渗剂还可以为CuO、CuCl和NH4Cl的组合物，各组分的重量百分比为CuO30％，CuCl50％，NH4Cl20％。
渗剂还可以为CuO、CuCl和尿素的组合物，各组分的重量百分比为CuO20％，CuCl30％，尿素50％。
渗剂还可以为CuO、CuCl和尿素的组合物，各组分的重量百分比为CuO50％，CuCl20％，尿素30％。
渗剂还可以为CuO、CuCl和尿素的组合物，各组分的重量百分比为CuO30％，CuCl50％，尿素20％。
本发明可在形成了钝化膜的含Cr、Ni的不锈钢表面进行渗铜处理，获得抗菌性。
抗菌性实验本发明采用抗菌实验为琼脂平板法，使用菌种为黄色葡萄球菌和大肠杆菌(0-157)。程序如下1、用含99.95％乙醇的脱脂棉将样本洗净、脱脂。
2、将大肠杆菌(0-157)或黄色葡萄球菌分散于1/500 NB溶液中。
3、将菌液接种到试样上。
4、在试验体表面上覆盖被覆薄膜。
5、在温度(35±1.0℃)、RH(相对湿度)90％以上的条件保持该试验体达到预定时间(24小时)。
6、用琼脂培养法(35±1.0℃、≤24小时)测定活菌率。
抗菌性是根据试验后的灭菌率分--、+、++三个等级进行评价。--表示无抗菌效果，+表示有一定的抗菌效果，++表示抗菌效果明显。
灭菌率按下式定义
所述的对照菌数是在灭菌玻璃皿中进行抗菌实验后的活菌数，所述的试验后的菌数是测定的活菌数。
实验表明，在24小时内，本发明所得到的材料有很好的抗菌效果。实验结果见表1表1为抗菌试验结果
备注0表示未进行试验，样本号00、01、02为未处理试样。
表1中，样本A00表面含铜量为2.03wt％；样本A01表面含铜量1.90wt％；样本A03表面含铜量为1.86wt％；样本X00表面含铜量为21.13wt％；样本B13表面含铜量为5.84wt％。
权利要求
1.表面含铜抗菌不锈钢，它包括不锈钢基材，其特征在于在不锈钢基材表面上有含ε-Cu的渗镀层，渗镀层的含铜量为1.5-30wt％。
2.如权利要求1所述的不锈钢，其特征在于渗镀层深度20～200μm，以基体的平整表面为基准。
3.如权利要求1或2所述的不锈钢，其特征在于ε-Cu为X射线衍射结果。
4.表面含铜抗菌不锈钢的制造工艺，其特征在于工艺包括步骤为(1)将不锈钢基材放入包含分析用CuO、CuCl和NH4Cl(或尿素)的渗剂中；(2)加热至800～1000℃温度区间，并保持2～10小时；(3)在400～950℃区间进行1～8小时的固溶时效处理。
5.如权利要求4所述的不锈钢，其特征在于渗剂中还包括NH4Cl，各组分的重量百分比为CuO20-50％；CuCl20-50％；NH4Cl20-50％。
6.如权利要求4所述的不锈钢，其特征在于渗剂中还包括尿素，各组分的重量百分比为CuO20-50％；CuCl20-50％；尿素20-50％。
全文摘要
本发明涉及表面含铜抗菌不锈钢及其制造工艺，表面含铜抗菌不锈钢包括不锈钢基材，在不锈钢基材表面上有含ε－Cu的渗镀层，渗镀层的含铜量为1.5－30wt％；其制造工艺包括步骤为(1)将不锈钢基材放入包含分析用CuO、CuCl和NH
文档编号C23C10/36GK1410587SQ0213926
公开日2003年4月16日 申请日期2002年11月11日 优先权日2002年11月11日
发明者倪红卫, 王世森, 许伯藩, 熊平源 申请人:武汉科技大学