含铜铁素体抗菌不锈钢组织演变规律与富铜相作用机理
表面含铜抗菌不锈钢及其制造工艺[发明专利]
![表面含铜抗菌不锈钢及其制造工艺[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/6547b504ef06eff9aef8941ea76e58fafab045e5.png)
[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[11]公开号CN 1410587A
[43]公开日2003年4月16日
[21]申请号02139264.1
[21]申请号02139264.1[22]申请日2002.11.11[71]申请人武汉科技大学
地址430081湖北省武汉市青山区建设一路[72]发明人倪红卫 王世森 许伯藩 熊平源
[74]专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司
代理人钟锋
[51]Int.CI 7
C23C 10/36
权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页
[54]发明名称
表面含铜抗菌不锈钢及其制造工艺
[57]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 4Cl(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。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。
02139264.1权 利 要 求 书第1/1页
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。
抗菌不锈钢-中国科学院金属研究所
-人类健康的好伙伴
报告人：南黎
专用材料与器件研究部
Institute of Metal Research
报告内容
抗菌不锈钢的起源 抗菌不锈钢的发展 抗菌不锈钢的应用
Institute of Metal Research
抗菌不锈钢的起源
★4000年前古埃及木乃伊采用防腐处理 ★在古希腊，人们普遍使用银器、铜器作为酒具、
33
70
33
74
Institute of Metal Research
抗菌不锈钢的应用
由于抗菌不锈钢兼具结构材料和抗菌功能材料的双重特 点，具有无毒、广谱抗菌性、抗菌时效长、不产生耐药性以 及其制品耐磨、美观等其它抗菌材料所无法比拟的特性，其 开发与应用具有重要的社会意义与经济价值。
Institute of Metal Research
含铜奥氏体抗菌不锈钢 与对照不锈钢极化曲线
抗菌不锈钢的发展
(4)力学性能 抗菌不锈钢与对照不锈钢的力学性能
材料 0Cr18Ni9Cu 0Cr18Ni9 0Cr17Cu 0Cr17
σ0.2,MPa 265 210 370 300
σb,MPa 585 560 505 490
δ,%
ψ,%
53
71
67
82
综合考虑抗菌性、安全性和工艺性，以及不降低不锈钢 的力学性能和耐腐蚀性能等，选择Cu作为抗菌元素，加入 到不锈钢基体中最为合适。
浅谈Cu在不锈钢建筑材料中的作用
浅谈Cu在不锈钢建筑材料中的作用
发布时间：2022-09-08T06:30:54.640Z 来源：《中国建设信息化》2022年5月9期作者：黄振坤
[导读] 随着人们生活水平的不断提高，大家的卫生和健康观念越来越强，对于抗病毒、抗菌材料的需求越来越强烈。
黄振坤
35052519870910****
摘要：随着人们生活水平的不断提高，大家的卫生和健康观念越来越强，对于抗病毒、抗菌材料的需求越来越强烈。本文从常见的抗菌不锈钢出发，简单的介绍Cu抗菌元素的灭菌效用、及其对不锈钢微观组织的影响、热加工性能影响等，有利于科研及钢厂生产人员了解Cu的作用及开展相关的成份及工艺的设计，有利于指导建筑材料设计及使用。
关键词：抗菌不锈钢；Cu；热脆性；微观组织；
前言
伴随着生活水平的不断提高，现在的人们健康卫生意识越来越来强烈，对抗菌产品的需求和关注越来越多，相应的抗菌不锈钢的发展前景也越来越良好。目前常见的抗菌不锈钢，主要是在炼钢阶段添加抗菌作用的金属，并在后续的退火中经抗菌时效处理，使得不锈钢基体中均匀析出抗菌相，抗菌相在含水的环境中水解成相应的金属离子，金属离子与细菌作用起到灭杀效果。金属的抗菌效果，在很早以前就被世界上的古人发现并使用，如贵族使用的银质餐具。目前已开发了解的金属元素就有许多元素具备抗菌效应，如稀土元素、Cu、Ag、Al等。因其灭杀细菌的机制不同其灭杀强弱也不同，如下表1所示。
表1. 金属元素抗菌效果
虽抗菌元素有很多，但综合考虑生产成本、抗菌效果、工艺要求，最常用的抗菌元素为铜。有关含铜的抗菌不锈钢抗菌机制、抗菌相析出机制、生产品质问题、生产工艺流程和实际应用介绍及问题改善，学术科研机构和钢铁生产企业很早就开展系列研究，如日本的日新不锈钢和国内的太原不锈钢厂和酒泉不锈钢事业部等成功开发了含铜的铁素体抗菌不锈钢和奥氏体抗菌，形成了以铁素体和奥氏体为主的抗菌不锈钢体系。随着新技术VOD工艺日益完善，不锈钢的钢水清净度得到提升、超低碳氮的超纯铁素体不锈钢得到发展，近年来部分不锈钢厂布局超纯铁素体抗菌不锈钢领域。关于铜在不锈钢中的作用及相关机制，国内外学者开展许多研究。本文通过收集相关研究及钢厂生产的实际状况，系统的论述了铜在不锈钢作用，表现为其对不锈钢的热加工性、微观组织、冷加工性、机械性能的影响，有利于科研及钢厂生产人员了解Cu的作用及开展相关的成份及工艺的设计[1~2]。
奥氏体抗菌不锈钢的微观组织及抗菌性能
第26卷 第5期Vo l 126 No 15材 料 科 学 与 工 程 学 报Jo urnal o f Mater ials Science &Eng ineer ing 总第115期Oct.2008
文章编号:1673-2812(2008)05-0669-04
奥氏体抗菌不锈钢的微观组织及抗菌性能
张安峰1
,乔继英2
,李利军2
,张 旭
2
(1.西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安 710049;2.西安交通大学医学院,陕西西安 710061)
=摘 要> 含Cu 奥氏体抗菌不锈钢经特殊的抗菌热处理析出E -Cu 相,采用覆膜法研究其抗菌性能。实验结果表明:奥氏体抗菌不锈钢易于杀灭大肠杆菌和金黄色葡萄球菌;杀灭鼠伤寒杆菌需要一定时间;杀灭白色念株菌
需要较长时间。这与细菌的细胞壁组织结构、细胞壁厚度及其属性有关。抗菌不锈钢对细胞壁较薄、肽聚糖含量较低、组织疏松、金属离子易穿透细胞壁的细菌易于杀灭;反之,细菌不易于杀灭。随着抗菌作用时间的延长,溶液中铜离子浓度的提高,抗菌不锈钢的杀菌效力显著提高。奥氏体抗菌不锈钢经表面打磨或磨损仍然具有同样的抗菌性能。
=关键词> 抗菌不锈钢;奥氏体;抗菌性能;E -Cu 相
中图分类号:T G174.2;T G142.71 文献标识码:A
Microstructure and Antibacterial Properties of Austenite
Antibacterial Stainless Steel
ZHANG An -feng 1
铜抗菌原理
铜抗菌原理
铜是一种广泛应用于建筑和材料制造业的金属，它具有杀菌、杀毒和防腐特性，已被
不断用于生产各类杀菌材料、医用器械、环保产品等。铜的抗菌原理主要包括杀灭菌体、
破坏细胞膜、抑制蛋白质合成、与细胞壁脂质结合等多个方面。
一、杀灭菌体
铜离子在杀菌中发挥着重要作用。研究发现，铜离子具有强氧化性，在与菌体接触时
会导致其死亡。铜离子能够氧化菌体内的蛋白质、核酸和酶等生化物质，使得细胞死亡。
实验证明，铜的抗菌能力与其离子浓度成正比，离子浓度越高，抗菌效果越好。
二、破坏细胞膜
除了杀灭菌体外，铜离子还能够破坏细胞膜结构，产生通透性增加的效果，导致有害
物质进入细胞而有益物质外泄，使细胞膜的功能受到破坏，从而使细胞死亡。这种机制在
铜抗菌中起到了重要作用。
三、抑制蛋白质合成
铜还可以抑制蛋白质的合成。细菌的生长需要大量的营养物质，尤其是蛋白质。铜离
子对蛋白质在多个步骤上的合成进行了干扰，进而阻碍了菌体的生长和繁殖。
四、与细胞壁脂质结合
细菌的细胞壁含有多种脂质分子。铜离子与细胞壁脂质结合，导致细胞壁失去稳定性，变得脆弱。细菌的生长和繁殖依赖于细胞壁的保护，一旦细胞壁失去稳定性，就会死亡。
总结：铜抗菌的应用
近年来，铜抗菌技术得到了广泛的应用。无论是在家具、家电、医疗器械、食品和饮
料行业等领域，铜抗菌技术都发挥着重要作用。
在建筑材料领域中，铜抗菌技术可以阻止细菌在表面上繁殖和传播，有效降低了病原
体和细菌的传播风险。铜门把手、铜饮水机、铜水龙头等产品，都可以通过铜离子的释放
来实现抗菌效果，可以有效防止在公共场所的感染传播，从而提高了人们的健康和安全。
Cu含量对316奥氏体不锈钢组织与 性能的影响
Material Sciences 材料科学, 2019, 9(4), 318-323
Published Online April 2019 in Hans. /journal/ms
https:///10.12677/ms.2019.94042
Effect of Cu Content on Microstructure
and Properties of 316 Austenitic
Stainless Steel
Zikai Wu1, Mingchu Huang2, Gang Yu3, Fenghua Luo1*
1State Key Laboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha Hunan
2School of Materials, Central South University, Changsha Hunan
3Wuhan Marine Electric Propulsion Research Institute, Wuhan Hubei
Received: Mar. 21st, 2019; accepted: Apr. 8th, 2019; published: Apr. 15th, 2019
Abstract
316 stainless steel with different Cu content was prepared by induction melting. The microstruc-ture and mechanical properties of 316 stainless steel were studied by means of scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy and mechanical testing machine. Results in-dicate that as the copper content increases, the strength of the alloy first rises and then decreases, and the plasticity also shows the same trend. The results show that when the copper content is
含铜奥氏体抗菌不锈钢抗菌性能和机理初步研究
２ 实
验
２１ 供试抗 菌不锈钢 ．
见表 １ ，材料 由中国科 学院金属研 究所 提供 ，奥 氏 体抗 菌不锈钢 经过抗菌 热处理【。 ”
８ １ ～ ２
０５ ． ０
不锈钢 材料 Ｃ Ｎ ＣＵ ｒ ｂ 奥 氏 体 抗 茵 不 锈 钢 １ ７ （ ％） １ ． ３８ ９ ０４ ０ ．
～
其它元 素成分
微 量
奥 氏 体 不锈 钢 （ １ ～ １ ０４ ％） ７ ９ ．０
微量
２２ 菌 ．
株
供试 菌株 大肠杆菌 （ ． ｌ Ａ Ｃ ２ ９ ２与金黄色葡 Ｅｃ ｉ Ｔ Ｃ ５ ２ ｏ）
萄球 菌 （ ． ｒｕ ）Ａ Ｃ ２ ９ ３购 于中 国药 品生物制 品 Ｓａ ｅ ｓ Ｔ Ｃ ５ ２ ｕ
检定所 ， 其余菌株均购 于中国普通微 生物 菌种保藏 中心 。
２３培养基 及仪器 ． ２３１ 培养基 ．．
２３２ 仪 ．． 器
１ 引 言
Ｓｒ ａｓ引起 的恐慌 和禽流 感带来的巨大损失 ，无 不表 明公共卫生安全对 当今社会稳 定和 人 民健康 的重要性 。
铜在钢中的作用综述
铜在钢中的作用综述
李娜
【摘要】综合论述了铜在钢中的作用,包括铜引起的钢的脆性--铜脆,以及铜在钢中的各种有益应用:利用铜的耐腐蚀性能开发的较为成熟的舍铜耐候钢系列,含铜抗菌不锈钢系列,以及近年来国内外开发出的一些含铜新钢种.铜不但是动物和植物所必须的微量元素,而且在铜制品表面各种微生物和细菌不易存活,对人类、对环境是非常有益处的,因此,开发含铜钢具有十分广阔的发展前景.
【期刊名称】《辽宁科技大学学报》
【年(卷),期】2011(034)002
【总页数】6页(P157-162)
【关键词】铜;钢;耐腐蚀;抗菌;性能
【作者】李娜
【作者单位】辽宁科技大学,材料与冶金学院,辽宁,鞍山,114051
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.11;TG142
随着钢铁工业的发展，世界范围内的钢材蓄积量逐年上升，钢材经使用报废再回收利用时，钢材中的难氧化元素如铜、镍、锡等不断蓄积，在冶炼过程中不能去除，基本100%回收［1］40，影响钢材的性能，随着钢材从熔炼到使用循环次数的增加，这种影响加大。
古时铁匠铺里祖传的规矩“铜铁不同炉”，就是说锻造铜质锻件的加热炉不能再用
来加热钢铁［2］，说明铜脆这一现象在很早就被发现了。近一个世纪以来，通过国内外科研工作者对铜在钢中应用的深入研究，先后开发了耐候钢等系列钢种，铜除了能提高钢的耐蚀性能外，还对钢的抗菌性能、强度、韧性、焊接性能及加工性能有利，其应用也日趋广泛。
铜及其化合物不象某些金属，如铅和汞那样对人体有毒害作用。铜不但是动物和植物所必须的微量元素，而且在铜制品表面各种微生物和细菌不易存活。特别是在海洋条件下，海洋生物不能附着。因此铜对人类、对环境是非常有益处的。铜的这些特殊功能已经逐渐被认识并应用于钢材的生产，铜在钢中的应用具有十分广阔的发展前景。
一种含铜铁素体抗菌不锈钢钢带及其制造方法[发明专利]
![一种含铜铁素体抗菌不锈钢钢带及其制造方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/37ed14e5de80d4d8d05a4fa0.png)
专利名称：一种含铜铁素体抗菌不锈钢钢带及其制造方法专利类型：发明专利
发明人：王辉绵,王彦平,赵新钢
申请号：CN200810079228.9
申请日：20080819
公开号：CN101338402A
公开日：
20090107
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种含铜铁素体抗菌不锈钢钢带及其制造方法，含铜铁素体抗菌不锈钢钢带的化学成分(重量百分数)为：C≤0.05％ 0＜Si≤1.00％ 0＜Mn≤1.00％ P≤0.035％ S≤0.020％ Cr：12.0％～18.0％Ni：0.10％～0.60％ Cu：1.00％～2.00％ N≤0.025％ Al：0.015％～0.04％ B：0.002％～
0.004％ 稀土：0.002％～0.004％ 其余为Fe与不可避免的杂质。含铜铁素体抗菌不锈钢钢带的制造方法为：(一)转炉：将预处理铁水和Cr合金、Ni合金、Cu合金加入转炉中冶炼；(二)：真空吹氧脱碳炉(VOD)；(三)钢包精炼炉(LF)；(四)连铸；(五)铸坯加热；(六)热连轧轧制；(七)抗菌热处理。本含铜铁素体抗菌不锈钢钢带制造方法制造的含铜铁素体抗菌不锈钢钢带在热轧时不裂边。
申请人：山西太钢不锈钢股份有限公司
地址：030003 山西省太原市尖草坪街2号
国籍：CN
代理机构：太原市科瑞达专利代理有限公司
代理人：王思俊
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含铜1Cr13型低碳马氏体抗菌不锈钢的组织和性能
时效处理对含铜马氏体抗菌不锈钢抗菌性能的影响
２．１ 材料 制备 马 氏体抗 菌不锈钢 以及作 为对照样 的 ３Ｃｒ１３不 锈
钢 的成分 如表 １。抗菌不锈钢采用 ２５ｋｇ真 空感应炉 熔 炼 ，铸 锭锻造后 再经过 固溶处理 ，然 后在不 同的温度 下
Ｓｔ ｅｅｌ
Ｏｔｈｅｒ
Ｃ Ｃｒ Ｓｉ Ｍ ｎ Ｃｕ ｅ ｌ
养 箱 中培 养 ２４ｈ。
（３）用 ＰＢＳ缓 冲液将 经过 ２４ｈ培养 的两种不锈钢
表 面的菌液作 同比率的稀释 ，分别取 ０．Ｉｍｌ的稀释 菌液
来自百度文库
基金 项 目： 国家 自然 科 学基 金 资助 项 目（５０６７１１０１）
收到 稿 件 日期 ：２００７—０４—１９
管理 中心提 供 。实验 步骤如下 ：
（１）将经过 连续培养 ３代 已达到活性 最大 的细菌
用 ＰＢＳ 缓 冲液 （无水磷 酸氢二钠 ２．８３ｇ，磷酸 二氢钾
１．３６ｇ， 蒸 馏 水 １０００ｍｌ，ｐＨ： ７．２） 稀 释 成 １０ ｃｆｕ／ｍｌ数
量级的标准 菌液 ，并分别将 ０．３ｍｌ菌 液均匀滴加 到经过
摘 要 ： 利用 覆膜 法研 究 了时效 温度 和 时效 时间对含
铜 马 氏体 不锈 钢抗 茵性 能的影响 ，结果表 明 当不锈 钢经
过 ５００℃时效处 理 时就表现 出明显 的抗 菌性 能：当时效
含铜抗菌不锈钢 标准
含铜抗菌不锈钢标准
含铜抗菌不锈钢是一种新型的材料，它在不锈钢的基础上添加了铜元素，具有优良的抗菌效果。因此，它在医疗设备、食品加工和制造业等领域得到了广泛的应用。下面，就让我们来看看含铜抗菌不锈钢的标准及其在实际应用中的作用。
1.含铜抗菌不锈钢的标准
含铜抗菌不锈钢的标准主要包括以下几个方面：
(1)含铜抗菌不锈钢的铜含量应不小于0.5%；
(2)含铜抗菌不锈钢的组织应均匀、致密，不应有裂纹、夹杂和锈斑等缺陷；
(3)含铜抗菌不锈钢的力学性能应满足相应的标准要求，如抗拉强度、屈服强度、延伸率等。
2.含铜抗菌不锈钢的作用
(1)抗菌：含铜抗菌不锈钢的铜含量高，具有抗菌作用。实验证明，其抑菌率高达99.9%，对细菌、病毒、真菌等具有很好的杀菌效果。
(2)安全：含铜抗菌不锈钢用于制造医疗设备、手术器械等，不但能抵抗细菌感染，还能减少交叉感染的概率，保障患者的健康安全。
(3)耐腐蚀：含铜抗菌不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，能够承受恶劣的环境条件，常用于制造海洋工业、化工设备、管道等。
(4)美观：含铜抗菌不锈钢的表面光洁平滑，色泽发亮，外观美观大方。因此，它也常用于制造高档家具、建筑装饰材料等。
综上所述，含铜抗菌不锈钢是一种性能优良、作用广泛的材料，其标准的制定和严格执行，能够确保其质量安全，同时也有利于促进行业健康发展。在实际应用中，各行各业都可以根据自己的需求灵活运用，以此增强竞争力，提高产品品质。
金属抗菌机理的研究进展
文章编号:1001-9731(2020)09-09066-06
金属抗菌机理的研究进展
*
孙晓萱,高建新,李 杭,李运刚
(华北理工大学冶金与能源学院,河北唐山063210
)摘 要: 综合国内外研究现状,总结了常见的金属元素抗菌能力及其抗菌机理,提出了当前存在的问题㊂各种抗菌金属作用的抗菌机理各不相同,铜㊁银离子型抗菌是一种应用最广泛最常见的抗菌形式㊂镓㊁铈替代型抗菌
有良好的发展前景,对新型抗菌金属材料的开发提供了参考,综合了金属抗菌的特性,展望了未来的研究方向㊂关键词: 金属材料;抗菌机理;抗菌不锈钢;镓中图分类号: T B 34
文献标识码:A
D O I :10.3969/j
.i s s n .1001-9731.2020.09.0090 引 言
现代生活中,人们不得不时刻面临着微生物的困
扰,尽管人们可以通过微生物的有益性进行酿造㊁细菌发电等,但是其有害性更是时刻威胁着人类的健康㊂据世界卫生组织统计数字表明:1995年由于细菌感染造成的死亡人数为1700万人,2003年的S A R S 病毒㊁
2004年在日本㊁
韩国出现的禽流感㊁在欧洲出现的 疯牛病 [1-2
]以及2020年在湖北武汉刚刚爆发的新型冠状病毒给全球带来了恐慌,也带来了严重的经济负面影响㊂抑制和消灭有害细菌成为了重要的研究课题,具有广阔的应用前景和指导意义㊂抗菌材料是具备杀死或抑制有害细菌能力的功能材料,它是受加入抗菌剂的影响㊂抗菌剂可分为无机抗菌剂㊁有机抗菌剂和天然抗菌剂三种类型㊂由于有机抗菌剂具有耐热性差㊁毒性大以及易产生耐药性等问题,一直得不到人们的重视㊂天然抗菌剂因来源有限也得不到广泛的应用㊂无机抗菌剂主要是金属类抗菌剂,由于金属抗菌具有广谱抗菌且抗菌性能优良㊁不产生耐药性的特点而受到人们的青睐,并成为目前研究的主要方向㊂抗菌不锈钢就是指在不锈钢材料当中添加抗菌金属元素并进行一定的工艺处理,使其具备抗菌的能力㊂它具有良好的耐磨㊁耐蚀㊁抗菌及力学性能,可以应用于食品餐具,医疗器械等各行各业,具有较高的经济价值㊂目前医学的研究方向为靶向性研究,即研究材料为目的性服务,只有更好的了解金属的抗菌机理,我们才能正确的选择抗菌材料㊂
辽宁大学毕业论文-含铜抗菌不锈钢在硫酸盐还原菌中的抗腐蚀行为研究
题
目：
含铜抗菌不锈钢在硫酸盐还原菌中
的腐蚀行为研究 学 院： 化学院 专 业： 姓 名： 指导教师：
完成日期： 2014年5月13日
毕业论文任务书
辽宁大学
本科毕业论文（设计）指导记录表
指导教师评语
辽宁大学毕业论文（设计）成绩评定单
注：评阅人评分满分为100分，指导教师评分满分为100分，答辩成绩满分为100分；总成绩为三者的算术平均值（四舍五入）。
摘要
随着人们对健康及环保意识的增强，具有强烈、持久和广谱杀菌作用的含铜抗菌不锈钢已引起了人们愈来愈多的关注。利用抗菌不锈钢的抗菌特性来抑制微生物对不锈钢的腐蚀是一个有创新性的思路。然而这方面的研究工作报道非常少见，对抗菌不锈钢的微生物腐蚀行为及相关机理还缺乏系统和深入的研究。本文的研究内容和研究成果对推动抗菌不锈钢新材料的应用与发展具有非常重要的现实意义。
本文选择304-Cu SS为抗菌不锈钢样品，以304 SS作为对照不锈钢样品，在厌氧条件下参考MPN法培养SRB，研究抗菌不锈钢和对照不锈钢对SRB的抗菌效果；通过测试开路电位、阻抗、极化曲线等电化学手段深入地研究了两种不锈钢在SRB溶液中的腐蚀行为。
研究结果表明：两种不锈钢在SRB菌液中分别浸泡2d、7d、14d和21d后，304-Cu SS的开路电位高于304 SS的开路电位，与304 SS相比，304-Cu SS表现出更为优异的耐微生物腐蚀性能；通过Bode图谱分析，304-Cu SS的阻抗和相角峰值频率高于304 SS，表明304 SS 表面更容易形成细菌微生物薄膜，为微生物腐蚀提供了有利的条件，加速了材料表面的腐蚀进程。
第3讲 不锈钢金属学知识
第3讲不锈钢金属学知识
1.铁基材料的不锈性
20世纪50年代以前，在研究不锈钢时是以耐蚀性作为一种参量，并试图通过实验来建立组织结构与性能之间的关系，这对解决生产中的问题和加深对不锈钢的认识起了重要的作用。之后，通过用电化学等方法系统地研究了不锈钢的腐蚀问题，已经在多方面取得了不少进展。
在大气中，当钢中的铬含量大约超过12%时，
基本上不会生锈，因此习惯上将钢中铬超过这一含
量的钢种称为不锈钢。钢的这种不锈性一般认为与
钢在氧化介质中的钝化现象有关。
钢的腐蚀速度将会随着钢中铬含量的增加而下
降，并且在铬含量达到一定时会发生腐蚀速度急骤
下降的跃变，发生这种跃变的铬含量，因腐蚀介质
及钢的其它成分的差别会有所不同。图1示出硝酸
温度与钝化时钢中所需铬含量的关系：温度愈高，
则钝化时所需铬含量愈高。在15℃的33%硝酸中，
7% Cr就足够使钢钝化；而80℃时，13% Cr才能使
钢钝化。所以说，一般用12% Cr来定义不锈钢，这图1 硝酸(33%)温度对Fe-Cr合金
不过只是一种粗略的工程概念而已。腐蚀速度的影响
1.1 不锈钢的不锈性
自然界中只有极少数的金属 (例如金、铂等)能以游离状态存在，而绝大多数金属是从其矿物中用不同的方法提炼出来的。因此，从热力学观点来看，金属的腐蚀是一种普遍存在着的自然现象，从而理解不锈钢的不锈性就应该从钢铁材料的腐蚀过程来说明。在材料科学发展的历程中，人们对金属的腐蚀问题曾进行了大量的研究工作，金属受周围介质的化学或电化学作用而发生破坏的现象，通常称作腐蚀。一般来说，金属的腐蚀大都是从表面开始，但有时也会发生局部的腐蚀，例如晶间腐蚀是一种用肉眼看不出表面有什么破坏现象，而腐蚀是沿着晶粒的边界自表面向内部扩展，并可使金属丧失其强度而造成损坏，这种破坏现象在受力状态下的危害尤为显著。
含铜铁素体抗菌不锈钢的杀菌机理的初步研究
助
能
财
许
２７ ０ 年增刊 （ ） ０ ３ 卷 ８
含铜铁 素体 抗菌不锈钢 的杀菌机理 的初步研 究
南 黎 ｖ 刘永 前 ｖ ， ， ． ，杨 伟 超 ２， 吕曼祺 ， ｖ ，徐 惠 ２ ，杨 柯
（ ．中国科学 院 金属研 究所 ，辽宁 沈 阳 １０ １ ；２ １ １０ ６ ．中国科学 院 沈阳应用 生态研 究所 ，辽 宁 沈阳 １０ １ ； １０ ６ ３ ．中国科学 院 研 究生 院，北 京 １ ０ ４ ） ０ ０ ９
国 内外均 有文献 报道【 】 离 子的杀 菌作用 主要 ６ ，铜 ＇ 是 通过氧 化含 巯基 （ ｓ 一 Ｈ）的酶 ，使酶活 性 降低 或丧 失，引起代 谢失调 而致 菌死亡 。 文通过体外添 加半胱 本 氨 酸 （ —ｙ ）还 原实验 ，间接 考察铜 是否 通过氧 化作 Ｌｃｓ 用 而获得杀菌效 果 。采用覆膜 法 ，在 Ｅｃ ｌ菌液中加入 ． ｉ ｏ 最 终浓度 为 ５ ｍｍｏ Ｌ的 Ｌ ｃｓ ｌ ／ 。 ，作用 ８ 。 ｙ ｈ
体材料抗菌 性能检测 方法之一 ， 能定 量检测抗菌材料 的 杀菌率【。 ５ 实验 中， 】 各种菌液 的初始浓度均 为１ ％ｆ ｍｌ ０ ｕ ， ／
每种抗菌 实验重 复３ 。通 过将 该浓 度 的菌 液均匀滴 加 次
到样 品表 面 ， 覆盖无菌塑料薄 膜 ，使菌液与样 品表 面 再 充分接触 ，然后 在适当温度和湿度 下培养３ 后 ，计算样 ｈ
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含铜铁素体抗菌不锈钢组织演变规律与富铜相作用机理
在430铁素体不锈钢中加入一定量的Cu可以在保证耐腐蚀性能的同时获得优异的抗菌性能,极大地拓宽了430铁素体不锈钢的应用范围。本文从含铜430铁素体不锈钢中组织演变规律与富铜相作用机理入手展开分析研究。
通过热压缩试验研究了Cu对热加工性能的影响,结果表明随Cu含量的升高,试验钢的变形抗力增加,动态再结晶过程受到阻碍,热激活能升高。而且沿着柱状晶不同方向热压缩时,变形抗力明显不同,因此板坯热轧时应注意三角区的变形行为,避免出现热加工裂纹。
此外,在1150℃加热保温时会发现表层的氧化皮内以及和基体结合的界面
处有纯Cu颗粒出现,说明保温过程中Cu会自发向板坯表面扩散,并且会偏聚融化,成为热加工的裂纹源。Cu还会阻碍试验钢冷轧板的静态再结晶过程,影响再结晶织构,但是可以通过随后的抗菌退火进一步调整基体织构。
抗菌试验表明,含Cu 2.0%的试验钢在800℃退火半小时后对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率就可达到99.9%。随抗菌退火温度的升高和时间的延长,富铜相逐渐由球状发展成杆状。
对富铜相在800℃ Ostwald熟化过程进行了表征,发现富铜相的熟化主要是富铜相杆状方向的伸长,熟化速率为10.311 nm/s1/3。为了克服透射研究晶体学取向关系时一次只能分析一个的局限性,本文用XRD系统地分析了一个20 mm×25 mm面上富铜相的宏观织构和基体宏观织构的关系,确定二者之间以K-S关系为主,即{111}Cu//{110}Fe,<110>Cu//<111>Fe。
然后用XRD、EBSD和TEM分别从毫米、微米、纳米级别确定了在具有
<110>取向的晶粒内,杆状富铜相平行于表面,拥有最大暴露面积,可以提
高试验钢的抗菌功能。在研究先用热轧板抗菌退火后冷轧的新工艺时发现冷轧会造成抗菌性能恶化。
通过富铜相形态观察,Cu元素分布状态和基体晶格常数变化等三种手段证明了剧烈塑性变形会造成富铜相变小、溶解并固溶进基体中,这是由于剧烈塑性变形过程中富铜相吉布斯自由能的大幅度增加,为富铜相溶解提供驱动力。另外剧烈塑性变形会增大富铜相的临界形核半径,在冷轧过程中,富铜相实际尺寸会逐渐减小,当小于临界形核半径时也会促进溶解发生。
开发了“抗菌退火+低温时效”工艺,在保证了抗菌效果的同时还提高了试验钢的强度。由于抗菌退火温度较高,因此在室温状态下基体中固溶的Cu含量依然是过饱和的,可以再进行时效退火来提高试验钢的强度。
时效退火后,发现析出了很多纳米级尺寸的富铜相颗粒,材料的硬度、屈服强度和抗拉强度得到了提高,最佳的时效工艺是在800℃抗菌退火0.5小时后550℃时效1小时,此时屈服强度和抗拉强度均可以提高约160 MPa。虽然力学性能得到了提升,但是材料的杯突值却有所下降,杯突值最佳的工艺是在800℃抗菌退火6小时。
通过电化学测试发现,试验钢的耐腐蚀性能随基体中固溶的Cu含量的升高而升高,随富铜相的长大而逐渐恶化。在浸泡过程中发现纯Cu的表面发生均匀腐蚀,而试验钢表面发生的是点蚀,纯Cu的耐腐蚀性能差于试验钢,但试验钢钝化膜破坏后基体腐蚀速度加快,说明铁素体含Cu抗菌不锈钢在持久杀菌时,富铜相和基体都发生溶解,保证了试验钢具有持久的抗菌效果。