一种电器设备用抗菌不锈钢

摘要

本发明公开了一种电器设备用抗菌不锈钢，属于不锈钢材料技术领域。该不锈钢的化学成分如下(重量％)：C：≤0.08；Si：≤0.50；Mn：≤1.00；P：≤0.05；S：≤0.05；Ni：8.0‑12.0；Cr：18.0‑20.0；Cu：2.0‑5.0；Mo：0.5‑1.5；Ga：0.05‑0.80；余量为Fe；该不锈钢经过特殊热处理后，在不锈钢基体中能弥散析出复合抗菌相(富铜相和富镓相)，由于电器设备用不锈钢环境一般均比较潮湿，富镓相的存在能够有效溶出镓离子，它与铜离子一起，具有明显地抑制电器设备内衬用不锈钢表面常见细菌尤其是霉菌的滋生。本发明所述不锈钢解决了现有不锈钢内衬电器设备中，由于使用不锈钢容器引发的细菌感染问题，可广泛应用于洗衣机滚筒、冰箱内衬、热水器、净水器、加湿器等各类不锈钢电器设备中。

权利要求

1.一种电器设备用抗菌不锈钢，其特征在于：按重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：≤0.08；Si：≤0.50；Mn：≤1.00；P：≤0.05；S：≤0.05；Ni：8.0-12.0；Cr：18.0-20.0；

Cu：2.0-5.0；Mo：0.5-1.5；Ga：0.35-0.80；余量为Fe；该不锈钢对浓度为105CFU/mL的细菌具有有效抗菌作用。

2.按照权利要求1所述电器设备用抗菌不锈钢，其特征在于：按重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：≤0.03；Si：≤0.50；Mn：≤1.00；P：≤0.005；S：≤0.005；Ni：8.5-9.5；

Cr：18.5-19.5；Cu：3.0-4.0；Mo：0.6-1.0；Ga：0.35-0.60；余量为Fe。

3.一种权利要求1所述电器设备用抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于：所述抗菌不锈钢采用以下方法获得：真空感应冶炼、也可以采用电弧炉+连铸冶炼或电弧炉冶炼+炉外精炼方式获得。

4.按照权利要求3所述电器设备用抗菌不锈钢的制备方法，其特征在于：冶炼所得的不锈钢采用以下热加工及热处理工艺：热加工：钢锭于1050-1120℃均匀化处理1-6小时，开坯锻造，分多道次锻造成坯料，终锻造温度不低于900℃；

固溶热处理：1050-1120℃固溶处理1-3小时，空冷或水冷至室温；

时效热处理：570-720℃处理1-8小时，空冷或水冷至室温。

5.一种权利要求1所述抗菌不锈钢作为电器设备制造材料的应用。

6.按照权利要求5所述抗菌不锈钢的应用，其特征在于：所述电器设备为洗衣机滚筒、冰箱内衬、热水器、净水器、加湿器之一种或多种。

说明书

一种电器设备用抗菌不锈钢

技术领域

[0001] 本发明涉及不锈钢材料领域，特别提供一种电器设备用抗菌不锈钢。

背景技术

[0002] 含铜抗菌不锈钢是一类抗菌材料，其与溶液环境接触时释放的微量铜离子能够有效渗透入细菌细胞壁中，致使蛋白质流出，从而导致细菌死亡。基于铜的广谱抗菌特点，含铜抗菌不锈钢应能应用到广泛的使用环境中。然而在实际应用中，含铜抗菌不锈钢面临的使用环境千差万别，含铜不锈钢对一些细菌的抑制仍存在一定不足，具体在电器设备环境中的表现为：(1)实际环境中，细菌环境一般是多种细菌共寄生存在的，尤其是霉菌的出现，使得含铜抗菌不锈钢的杀菌效率大大降低。可能的原因是，从不锈钢表面溶出的铜离子浓度被多种细菌分配，这样就达不到单一细菌所需的最小抑菌浓度。(2)原有抗菌不锈钢的杀菌作用时间一般在6小时左右，这是由于铜离子的溶出速率是与铜在不锈钢基体中的存在形式和固有扩散属性直接相关的，也即是，按照铜离子的固有扩散系数计算，一般需经过六个小时后，才能达到可以抑制足够细菌增殖的临界浓度。这对于电器设备用不锈钢容器而言，其自身相对潮湿的环境是比较有利于细菌的繁殖的，相对长的抗菌作用时间显然是不利于其自身的清洁要求。因此目前含铜抗菌不锈钢是不能满足电器设备使用的环境要求的。更为关键的是，不锈钢材料均是以铁元素为基本元素的合金，当不锈钢材料与溶液介质环境接触时，铁离子相应的大量溶出，释放的铁离子一定程度上也促进了细菌的增殖，这对铜离子的抗菌效率也是不利的。

[0003] 在钢铁材料中，金属镓的熔点很低，只有29.8℃，而沸点达到2204℃。这就为其在钢铁冶金过程中应用提供了可能性。在金属材料领域，铁镓合金是常见的磁致伸缩材料。镓在铁中的主要作用是能够显著提高钢的磁致伸缩性能，还未见镓在不锈钢中应用的相关报道。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种电器设备用抗菌不锈钢，以解决现有材料在电器设备使用环境中抗菌效率相对低的问题。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 一种电器设备用抗菌不锈钢，其特征在于：按重量百分比计，该不锈钢的化学成分如下：C：≤0.08；Si：≤0.50；Mn：≤1.00；P：≤0.05；S：≤0.05；Ni：8.0-12.0；Cr：18.0-20.0；Cu：2.0-5.0；Mo：0.5-1.5；Ga：0.05-0.80；余量为Fe。

[0007] 在本发明的不锈钢成分设计中，合金元素镓(Ga)是新型不锈钢中最重要的合金元素。Ga是保证不锈钢具有更强抗菌效率的必要条件，也是本发明的主要创新点。本发明中的不锈钢中的含Ga量为0.05-0.80％，在保证特殊热处理条件下，富Ga相在钢中均匀弥散析出。当Ga含量较低时，即使经过特殊热处理，不锈钢基体中不易析出富Ga相，当与溶液介质接触时，就不能析出足够浓度的Ga离子，以抑制细菌的正常增殖活动，并充分发挥Ga离子和Cu离子的协同抗菌作用。当Ga含量相对过高时，过多的富Ga相会导致不锈钢热加工性能和冷成型性能的严重下降，影响其实际应用。此外，过量的富Ga相析出亦会破坏不锈钢钝化膜的连续性，降低不锈钢的耐腐蚀性能。

[0008] 本发明还提供了上述电器设备用抗菌不锈钢的热处理工艺，该工艺包括如下步骤：

[0009] 热加工：钢锭于1050-1120℃均匀化处理1-6小时，开坯锻造，分多道次锻造成坯料，终锻造温度不低于900℃；

[0010] 固溶热处理：1050-1120℃固溶处理1-3小时，空冷或水冷至室温。

[0011] 时效热处理：570-720℃处理1-8小时，空冷或水冷至室温。

[0012] 本发明的有益效果是：

[0013] 1、对于现有含Cu抗菌不锈钢而言，主要依靠Cu离子的微量溶出来起到抑制细菌增殖的目的。由于其自身溶出速率和溶出浓度的限制，对于多细菌共寄生环境下的情况，含Cu抗菌不锈钢的抗菌效果不佳。因此本发明以现有含Cu抗菌不锈钢为基础，适当增加了钢中的Ga含量，辅以一定的热处理，从而使钢中基体上能析出足量的富Ga相。当与溶液环境接触时，Ga离子溶出，抑制抑制细菌的正常增殖活动，同时，Ga元素耦合原有抗菌元素Cu的作用，能够大幅提高现有含Cu不锈钢对常见细菌的杀菌率。

[0014] 2、由于Ga的添加，能够有效提高含Cu抗菌不锈钢的抗菌效率。

[0015] 应用范围：

[0016] 本发明所述电器设备用抗菌不锈钢，具有更强抗菌性能和时效性，可作为各类不锈钢电器设备用材料广泛应用于洗衣机滚筒、冰箱内衬、热水器、净水器、加湿器等电器设备。

附图说明

[0017] 图1为抗菌不锈钢杀灭混合菌(大肠杆菌和曲霉菌，细菌浓度为105CFU/mL)的杀菌效果照片。(a)含Cu抗菌不锈钢(b)含Ga+Cu抗菌不锈钢(实施例6)(c)空白对照细菌菌落图。

[0018] 图2为抗菌不锈钢杀灭混合菌(大肠杆菌和曲霉菌，细菌浓度为105CFU/mL)的杀菌动力学曲线。(含Cu抗菌不锈钢和含Ga+Cu抗菌不锈钢，实施例6)。

具体实施方式

[0019] 根据本发明抗菌不锈钢所设定的化学成分范围，采用25公斤真空感应炉冶炼实施例1-6和1炉对比例抗菌不锈钢各15公斤，其化学成分见表1。

[0020] 锻造工艺为：合金铸锭在1070℃±20℃均匀化热处理2.5小时开坯，分三火锻造为40×90mm的初轧板材，终锻温度为960℃。

[0021] 热轧工艺为：初轧坯料在1060℃±5℃温度保温2小时开轧，经多道次轧制成性能测试板材，本实施例板厚均为6mm厚。

[0022] 表1实施例和对比例的抗菌不锈钢化学成分(wt.％)

[0023]

[0024] 1、抗菌性能检测

[0025] 根据“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T 2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准规定，选择细菌浓度为
105CFU/mL。定量测试了实施例和对比例抗菌不锈钢对混合菌(大肠杆菌+曲霉菌)作用后的杀菌率。其中抗菌率的计算公式为：抗菌率(％)＝[(空白对照样活菌数-抗菌不锈钢样品活菌数)/空白对照样品活菌数]×100，空白对照样活菌数是在惰性玻璃平板上进行细菌培养后的活菌数，抗菌不锈钢活菌数是指包括含Cu抗菌不锈钢或含(Cu+Ga)抗菌不锈钢上进行细菌培养后的活菌数。

[0026] 2、抗菌动力学性能检测

[0027] 选择细菌菌液(细菌浓度为105CFU/mL)与抗菌不锈钢样片作用不同时间后，参照“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T 2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准中的操作规定，按照上述杀菌率的计算公式计算，并绘制抗菌动力学曲线。

[0028] 实施例1

[0029] 实施例1的抗菌不锈钢的热处理工艺为：

[0030] 在1055℃保温1h，水冷至室温后，使钢中的Ga处于过饱和状态；然后在590℃保温5h，使钢中析出富Ga相和富Cu相，水冷至室温。

[0031] 按照上述抗菌检测方法，对混合细菌的抗菌性能检测，其抗菌率结果为94.4％。

[0032] 实施例2

[0033] 在本实施例中，抗菌不锈钢的热处理工艺为：

[0034] 在1060℃保温2h，水冷至室温后，使钢中的Ga处于过饱和状态；然后在620℃保温6h，使钢中析出足够体积分数的富Ga相和富Cu相，水冷至室温。按照上述抗菌检测方法，对混合细菌的抗菌性能检测，其抗菌率结果为95.0％。

[0035] 实施例3

[0036] 在本实施例中，抗菌不锈钢的热处理工艺为：

[0037] 在1060℃保温3h，水冷至室温后，使钢中的Ga处于过饱和状态；然后在700℃保温4h，使钢中析出足够体积分数的富Ga相和富Cu相，空冷至室温。按照上述抗菌检测方法，对混合细菌的抗菌性能检测，其抗菌率结果为95.7％。

[0038] 实施例4

[0039] 在本实施例中，抗菌不锈钢的热处理工艺为：

[0040] 在1080℃保温1.5h，水冷至室温后，使钢中的Ga处于过饱和状态；然后在650℃保温4h，使钢中析出足够体积分数的富Ga相和富Cu相，空冷至室温。按照上述抗菌检测方法，对混合细菌的抗菌性能检测，其抗菌率结果为96.8％。

[0041] 实施例5

[0042] 在本实施例中，抗菌不锈钢的热处理工艺为：

[0043] 在1100℃保温3h，水冷至室温后，使钢中的Ga处于过饱和状态；然后在680℃保温6h，使钢中析出足够体积分数的富Ga相和富Cu相，空冷至室温。按照上述抗菌检测方法，对混合细菌的抗菌性能检测，其抗菌率结果为98.9％。

[0044] 实施例6

[0045] 在本实施例中，抗菌不锈钢的热处理工艺为：

[0046] 在1120℃保温3h，水冷至室温后，使钢中的Ga处于过饱和状态；然后在720℃保温2h，使钢中析出足够体积分数的富Ga相和富Cu相，空冷至室温。按照上述抗菌检测方法，对混合细菌的抗菌性能检测，其抗菌率结果为99.9％。

[0047] 对比例

[0048] 在本实施例中，抗菌不锈钢的热处理工艺为：

[0049] 在1080℃保温4.5h，水冷至室温后，使钢中的Cu处于过饱和状态；然后在600℃保温6h，使钢中析出足够体积分数的富Cu相，空冷至室温。按照上述抗菌检测方法，对混合细菌的抗菌性能检测，其抗菌率结果为52.9％。

[0050] 一般来说，抗菌率超过90％的材料才可称之为抗菌材料。实施例对混合细菌的抗菌结果表明，采用本发明提出的抗菌不锈钢具有超过90％以上的抗菌率，而对比例含Cu抗菌不锈钢的抗菌效果明显降低。此外，以实施例6和对比例分别进行抗菌动力学曲线的绘制，抗菌结果如图2所示。相比较于含Cu抗菌不锈钢，含Cu+Ga抗菌不锈钢具有更好的抗菌效率，抗菌作用时间明显缩短。

[0051] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。