一种抗菌铝合金及其制备方法与流程

本发明属于抗菌处理技术领域，涉及一种抗菌钴基合金及其制备方法。

背景技术：

世界卫生组织调查显示水污染已经成为人类健康的隐形杀手。全世界80％的疾病是由饮用被污染的水造成的，50％儿童的死亡是由饮用被污染的水造成的，全世界12亿人因饮用被污染的水而患上了多种疾病。其中大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都是人类的常见的重要病原菌。大肠杆菌可引起人体肠胃炎、腹泻、泌尿系统感染和胆囊炎等消化系统的疾病；金黄色葡萄球菌可引起肺炎、伪膜性肠炎、心包炎、败血症、脓毒症及全身感染等。

铝合金广泛应用于日常的产品制备中，例如门窗、餐具、厨具、户外水壶、手持工具等。常规的铝合金并没有抑菌和杀菌能力，无法阻止细菌的粘附、铺展和生长。在使用环境下，特别容易在表面滋生细菌，传染疾病。

在医用材料领域，大量的研究已经证实：ag和cu具备广谱抗菌、持久性好、无耐药性等优点，得到了广泛认可。抗菌ag⁺与cu²⁺与金葡萄球菌和大肠杆菌等微生物接触，损伤细胞膜，破坏细菌的正常组织和繁衍的平衡，阻止细菌生长繁殖和消灭细菌。

此外cu是人体必需的微量元素，参与机体碳水化合物及脂类的代谢，参与多种酶的合成；ag在人体内也有微量的分布。

中国专利申请号201310038297.6公开了一种食品容器用抗菌铝合金，以重量百分比计，该铝合金的化学成分如下：0.3-1.5％mn、0.5-1.5％mg、0.1-3.0％ag、0.1-1.0％zn、0.1-1.0％re、0.1-0.2％ti、<0.3％si、<0.6％fe、<0.3％cu，其他杂质元素≤0.20％，余量为al。该专利采用了在适当范围内把ag、zn、re元素加入al-mn-mg合金中以保证抗菌的效果，但该专利的缺陷是：采用了较多的合金品种，不仅增加了制造成本，而且，材料成本较高。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术中存在的不足，提出了一种抗菌铝合金及其制备方法，通过在纯铝中添加适量的cu和ag元素中的一种或者两种，并通过后续的抗菌处理工艺，使cu元素、ag元素均匀弥散在基体中，从而获得良好的抗菌性能。该合金对金葡菌和大肠杆菌的抗菌率达到90％以上。该合金可以广泛应用于铝制品中，具有长效抗菌效果。

具体技术方案如下：

一种抗菌铝合金，该合金包括al和抗菌成分，纳米级的抗菌成分均匀弥散地分布在合金中；其中抗菌成分为cu、ag或者cu和ag的混合物；当抗菌成分仅为cu时，cu的重量百分数为1％～10％，余量为al；当抗菌成分仅为ag时，ag的重量百分数为1％～10％，余量为al；当抗菌成分为cu和ag的混合物时，cu的重量百分数为1％～10％，ag的重量百分数为1％～10％，余量为al。

上述合金还包括其他成分，其他成分为硅、镁、铁或钛，其中单一成分占总成分的质量百分比不超过0.9％，其他成分的总含量占总成分的质量百分比不超为1％。

当抗菌成分仅为cu时，cu的重量百分数为2.0％～5.0％，余量为al。

当抗菌成分仅为ag时，ag的重量百分数为2.0％～5.0％，余量为al。

当抗菌成分为cu和ag的混合物时，cu的重量百分数为2.0％～5.0％，ag的重量百分数为2.0％～5.0％，余量为al。

上述的一种抗菌铝合金的制备方法，将该铝合金的组成成分在450～550℃保温2～4小时进行固溶处理，合金中的富铜相或富银相完全溶入合金基体al中；经150～200℃保温2～10小时的时效处理使富含cu或ag的纳米级第二相颗粒在al基体中高度弥散析出，空冷至室温，可以获得90％以上的抗菌效果。

本发明的有益效果为，本发明提出的抗菌铝合金，具有良好的变形性能，可以方便地通过现有的成型工艺，制备不同形状的铝合金制品。经抗菌处理后，抗菌铝合金有大量弥散析出的富铜相(或富银相)赋予铝合金良好而且持久的抗菌性能，对金葡菌和大肠杆菌的抗菌率达到90％以上。

附图说明

图1为纯钛对照样的抗菌平板计数照片；

图2为时效态al-5cu合金的抗菌平板计数照片；

图3为时效态al-5ag合金的抗菌平板计数照片。

具体实施方式

实施例1

含有不同cu含量的铝合金，在电阻炉中熔炼，然后浇铸成坯，也可以经过热锻、轧制成棒材或板材，合金成分为(重量百分数)：al，余量；cu：1-10，并采用抗菌处理工艺对合金进行处理，具体见表1。然后对合金的抗菌性能进行检测。

实施例2

含有不同ag含量的铝合金，在电阻炉中熔炼，然后浇铸成坯，也可以经过热锻、轧制成棒材或板材，合金成分为(重量百分数)：al，余量；ag：1-10，并采用抗菌处理工艺对合金进行处理，具体见表1。然后对合金的抗菌性能进行检测。

实施例3

含有不同cu和ag含量的铝合金，在电阻炉中熔炼，然后浇铸成坯，也可以经过热锻、轧制成棒材或板材，合金成分为(重量百分数)：al，余量；ag：1-10，cu：1-10，并采用抗菌处理工艺对合金进行处理，具体见表1。然后对合金的抗菌性能进行检测。

按照下述公式计算铝合金对常见细菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等)作用后的杀菌率：

杀菌率(％)＝[(对照样品活菌数-抗菌铝合金活菌数)/对照样品活菌数]×100％

式中，对照样品活菌数是对照样品纯钛上进行细菌培养后的活菌数，抗菌铝合金活菌数是指抗菌铝合金上进行细菌培养后的活菌数。

抑菌试验按照“jisz2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》等标准规定，具体为：分别取试验用菌液0.3ml滴加到对照样品(纯钛)、抗菌铝合金样品上。用灭菌镊子将覆盖膜分别覆在各个样品上，使菌液均匀接触样品，置于灭菌平皿中，放在恒温培养箱中37℃、对湿度90％以上条件下培养24h。取出已培养24h的样品，分别加入15ml洗脱液，反复清洗样品及覆盖膜，充分摇匀后，分别取0.1ml滴加到板营养琼脂培养基，每个样品做三个平行样，并用灭菌三角耙涂匀，置于37℃恒温箱中培养48h后按照gb/t4789.2的方法进行活菌计数。

本发明的抗菌机理：根据铝合金相图确定该合金的抗菌处理(固溶与时效处理)工艺参数，首先铝合金板材在450-540℃保温2-4小时进行固溶处理，合金中的富铜相或富银相完全溶入合金基体al中；经150-200℃保温2-10小时的时效处理则可以使富含cu或ag离子的纳米级第二相颗粒在al基体中高度弥散析出，赋予含有cu或ag的铝合金优异的抗菌性能。如图1、2和3分别为纯钛(对照样)、时效态al-5cu和时效态al-5ag合金的抗菌平板计数照片，可见含cu或ag的铝合金具有很好的抗菌性。

表1抗菌铝合金及其抗菌率

表1所示表明：经抗菌工艺处理后，抗菌元素cu和ag含量不同的铝合金的抗菌率均大于90％，甚至高达99％，具有优异的抗菌性能。综合考虑合金的机械性能和制备成本，较佳的比例为cu元素含量重量百分数为：2.0-5.0％、ag元素含量重量百分数为：2.0-5.0％。