抗菌不锈钢生产工艺技术与发展(2013.10)

Cu 1.054.88
Nb Ti 其它 0.66 0.52 适当
表2 含Cu铁素体抗菌不锈钢化学成分（wt%）
C 0.010.07
Si 0.201.86
Mn 0.201.77
Ni 0.090.22
Cr 11.0023.50
N 0.010.02
Cu 0.482.77
Nb 0.370.87
Ti 0.050.82
加Cu的抗菌不锈钢在进行热处理时要防氧化，其方法是在板坯断
面上涂覆防氧化剂，否则锻压和轧制时会发生开裂。500-800℃进行
抗菌热处理，在基体中可获得0.2%(体积)富Cu的抗菌相。500-900℃
时效处理后，从900℃到500℃冷却过程中，冷却速度低于10℃/min
时，在基体中可获得0.2%(体积)富Cu的抗菌相。
C 0.0004-
0.06 P
0.001 -0.03
Si 0.001 -0.49
Co 0.1 -0.15
Mn 0.001 -0.61
Mo
1.38-1.45
Ni 0.1 -0.38 Nb 0.01 -0.44
Cr 11.4 -19.1 Ti 0.16 -0.23
N 0.0008 -0.044
Cu
0.55
图1 含银抗菌不锈钢的抗菌效果
图2 含银抗菌不锈钢对大肠杆菌的杀灭速率 日本的川崎制铁株式会社发明了一种在不锈钢中有效添加Ag的 方法，制成了含Ag的抗菌不锈钢。表4-表6为含Ag奥氏体、铁素体和
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马氏体抗菌不锈钢的化学成分。
C
0.04-0.05
S 0.005 -0.008
表4 含Ag奥氏体抗菌不锈钢化学成分（wt%）
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与细菌接触的金属离子穿透细胞壁进入细胞内，与细菌内的蛋白 质、核酸中的琉基、氨基等发生反应，使细菌的蛋白质凝固，合成酶 失去活性，造成微生物固有成分的破坏或产生功能性障碍，使细胞丧 失分裂增殖的能力。
4、电荷吸附 异性电荷的吸引力约束了细菌活动，使细菌的生存微环境紊乱失 调，最终导致细菌发生“接触死亡”。异性电荷的吸引力还可使细菌 的细胞壁和细胞膜发生变形，蛋白质和酶的作用受阻，代谢功能受损， 细菌的细胞发生物理性穿孔，导致细胞质溢出，发生“溶解死亡”。 四、抗菌不锈钢生产工艺 1、涂层型抗菌不锈钢 以不锈钢为基体，通过喷涂、辊涂、溶胶一凝胶、复合镀等工艺 将具有抗菌功能各种材料涂覆上，形成具有独特抗菌性能涂层产品。
从金属本身析出的银离子进入细菌细胞内作用的结果。研究表明，就
安全性和抗菌性综合考虑，在目前发现的各种具有wenku.baidu.com菌功能金属离子
中，银离子是最佳的抗菌金属离子。日本川崎钢铁公司研制的R430AB
加银抗菌不锈钢是以SUS430X不锈钢为基础，添加了约0.4%的银，并
使银以细微的颗粒形式存在于金属机体中，这种抗菌不锈钢经过先热
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板材采用耐蚀性优良的低碳马氏体系不锈钢SUS410，在芯材和表层板
材之间是具有抗菌性的铜或铜合金板材，5层板材通过轧制制成刀具
用抗菌复合不锈钢板。
3、表面改性抗菌不锈钢
通过热处理或离子溅射的方法在普通不锈钢表面渗入铜、银或锌
或钛元素而赋予普通不锈钢抗菌性能。
4、添加抗菌元素的抗菌不锈钢
四、抗菌不锈钢的抗菌原理 抗菌不锈钢的抗菌作用是：金属表面析出的抗菌金属离子，与细 菌的细胞接触后损伤其细胞膜，使细菌的蛋白质凝固或损害其DNA， 破坏细菌细胞的正常组成和繁衍，达到阻止细菌生长繁殖或消灭细菌 的目的。 目前，普遍接受的金属离子抗菌机理有：接触反应机理、活性氧 原理、酶结合以及电荷吸附等。 1、接触反应机理 与细菌接触的金属离子穿透细菌的细胞壁进入细胞内，并与其蛋 白质上的-NH2基、-SH基及-COOH基反应，使蛋白质凝固，破坏细胞合 成酶活性令细胞丧失分裂繁殖的能力。当菌体失去活性后，金属离子 又从菌体中游离出来，重复进行杀菌活动，从而保持持久的抗菌效果。 2、活性氧原理 某些金属如银和钛的离子能起催化活性中心的作用，在光的作用 下，这类金属离子可激活空气或水中的氧，产生具有很强氧化还原作 用的铱（Y）基，自由基（-OH）及活性氧离子（O２-）。破坏细菌体 内脱氢酶的-SH基，使细菌无法进行能量代谢而失去增殖能力。 3、酶结合
600-900℃是含Cu奥氏体不锈钢的最佳热处理温度，在这一范围
内热处理后，抗菌效果最好。500-800℃是含Cu铁素体不锈钢的最佳
热处理温度，在这一范围内热处理后，抗菌效果最好。550-850℃是
含Cu马氏体不锈钢的最佳热处理温度，在这一范围内热处理后，抗菌
效果最好。
⑵ 添加银元素
加银抗菌不锈钢抗菌作用机理与加铜抗菌不锈钢基本相同，也是
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无机抗菌材料。天然抗菌材料是提取动植物具有抗菌功能的成分，效 果不够理想。有机抗菌材料是指各种除菌剂、杀菌剂等，其缺点是在 水和空气中易流失、易分解，缺乏广谱抗菌性且对人体有害。无机抗 菌材料则具有广谱抗菌性、耐水、耐酸碱、不老化、不产生抗药性、 抗菌能力持久等优点。但这些产品一般均为非金属抗菌制品，包括抗 菌塑料、抗菌陶瓷、抗菌皮革、抗菌涂料等，在耐磨、耐热、强度和 硬度等方面具有明显的缺憾，在许多情况下无法使用，难以涵盖其它 一些需要防菌抗菌的领域，特别是无法满足食品加工、药品生产、餐 具炊具、卫浴设备、医疗器械以及公共场合设施等对防菌抗菌材料的 要求。
P 0.02
Ni 0.06-0.25
Co 0.01
Cr 12.6-13.2
W 0.01
N
Al
0.009-0.025 0.002-0.010
Ag
0.013-0.038
抗菌性能的大小顺序:氧化银>银>硫化银，因此要控制含Ag抗菌
不锈钢中的Ag、Ag2O以及Ag2S的含量，就要控制钢中硫与氧的含量。 此外，连铸速度与金属元素V的含量对Ag在不锈钢基体内及表面的均
匀分散有显著的影响。
含Ag抗菌不锈钢对大肠杆菌灭菌率达到99.9%，经耐蚀试验后试
样其持久抗菌性能没有降低，抛光后试样也具有足够的抗菌性能。
⑶ 含有抗菌性的Ag-Cu-Zn合金
日本日新制钢株式会社开发了一种由Ag、Cu、Zn组成的三元合金
钢材，具有优异的抗菌性能。
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目前，抗菌不锈钢的抗菌机理，抗菌相析出的最佳条件以及它们 的形态、大小、体积百分比与其抗菌性能的关系，抗菌性能与时间的 关系等都有待深入研究。因此，抗菌不锈钢虽然有很好的应用前景， 但未来还有很多的工作要做。
其它 适当
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表3 含Cu马氏体抗菌不锈钢化学成分（wt%）
C
Si
Mn
Ni
Cr
N
Cu
Nb
Ti 其它
0.02- 0.33- 0.51- 0.09- 11.8- 0.01- 0.55- 2.55- 0.61适当
0.40 2.55 0.75 0.11 13.1 0.03 4.42 3.25 0.78
Si 0.29 -0.33
Cu 0.03 -0.031
Mn 1.01 -1.05
Ag 0.009 -1.03
Ni 0.060.25
Mo
Cr 18.2 -18.3
Co
0.04 0.12
N 0.03 -0.04
W
0.01
Al 0.001 -0.002
P
V 0.01 -0.37
0.03
表5 含Ag铁素体抗菌不锈钢化学成分（wt%）
抗菌不锈钢具有不锈钢的优点和良好的抗菌性能，在厨房设备， 如锅炉，热水器，饮水机，微波炉的内外壳体，厨房清洗槽，橱柜， 室内管线等；食品工业的工作台、清洗设备、储运设备、过滤设备、 发酵设备以及各种食品检测转移器皿等；医疗器械中的手术器械、假 肢、各种医疗消毒设备等；日常生活中的餐具包括勺、匙、叉、保温 饭盒、保温杯以及挂毛巾支架、冷藏柜的托架、浴缸、门把手等领域 大量使用。专家建议：公共场所的一些设施如公交汽车的扶手、楼梯 扶手、电话亭、护栏等为杜绝交叉感染也应使用抗菌不锈钢。钢丝行 业应注重医疗器械用马氏体抗菌不锈钢丝、织网用奥氏体抗菌不锈钢 丝和清洁球用铁素体抗菌不锈钢丝的开发。目前，这些行业和领域主 要以普通不锈钢为主，不具有抗菌杀菌功能，甚至还有的是以塑料和 玻璃制品代替。因此，开发抗菌不锈钢在这些领域的应用将具有广阔
在古代，我们的祖先尤其喜欢使用金、银、铜来制造酒具和食具，
以显示其显赫身份。现代科学证明，这些金属对细菌都具有良好的抑
制或杀灭效果。
⑴ 添加Cu元素
据英国科学家报道，不锈钢餐具的表面细菌能存活12h，而铜餐
具表面的细菌只能存活4h。在不锈钢中添加Cu元素，并经过锻压、热
轧、冷轧，再经过热处理，使Cu在不锈钢中均匀析出，其抗菌性能与
抗菌不锈钢生产工艺技术与发展
一、概述 抗菌不锈钢是材料科学与环境科学交叉发展出的一种新型材料， 可应用于各种日常生活用品、易交叉感染地方和公共场合各种设施， 是啤酒、奶类、制药等企业设备管道、储罐的最佳材料，同时也是高 档装饰材料。抗菌不锈钢具有结构材料和抗菌功能材料的双重特点， 既可作为结构材料和装饰美化材料使用，同时也具有抑菌灭菌的自清 洁功能，极大地拓宽了抗菌材料的应用领域，为抗菌材料家族增添用 途广泛、抗菌效果强大的新成员。 抗菌不锈钢具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及良好的光洁 度、优良的机械加工性能、无毒、广谱抗菌、抗菌时效长、不产生耐 药性等特点，是抗菌功能材料的重要发展方向之一。 二、抗菌不锈钢发展背景及应用领域 近年来，国内外屡次发生大肠杆菌等细菌感染的集体中毒现象， 给人们造成了极大的精神恐慌和巨大的经济损失。野战部队饮食卫生 条件恶劣，人员生活集中，相互接触频繁，此类事件如果发生在部队， 其后果不堪设想。 为减少各种致病细菌对自身健康的威胁，部分国家正致力开发一 种具有自身长效抗菌性能和良好的加工工艺性能及耐蚀性能的新型 功能材料—不锈钢。 现有的抗菌材料可分为三大类：天然抗菌材料、有机抗菌材料及
Cu的析出量成正比。
表1-表3分别为含Cu奥氏体抗菌不锈钢化学成分、含Cu铁素体抗
菌不锈钢化学成分、含Cu马氏体抗菌不锈钢化学成分。
表1 含Cu奥氏体抗菌不锈钢化学成分（wt%）
C 0.010.06
Si 0.111.50
Mn 0.214.51
Ni 7.0020.00
Cr 13.5025.80
N 0.010.03
Al 0.0005-0 .070.0
B
V 0.01 -0.38
W
0.0011 0.01
表6 含Ag马氏体抗菌不锈钢化学成分（wt%）
S 0.0003 -0.009
Ag 0.013 -0.038
C 0.04-0.33
V 0.01-0.38
Si 0.29-0.45
S 0.005-0.006
Mn 0.29-0.45
压延、钝化、冷压延、结晶钝化再酸洗制成0.7mm板材，根据日本抗
菌制品技术协会推荐的贴膜法（JISZ280l-2000）在日本食品卫生协
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会所做抗菌性实验评定结果，证明这种抗菌不锈钢对部分致病性微生 物具有很高的抗菌性（如图1所示），而且具有很快的杀菌速度。以 杀灭大肠杆菌为例，一般的无机抗菌剂杀灭微生物需要l0多个小时甚 至更长，但这种加银抗菌不锈钢板材接种1小时后微生物数量就明显 下降，3小时后抑菌率就达到99%（如图2所示）
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的市场前景。 抗菌不锈钢与普通不锈钢相比，具有优越的性能。它符合人类追
求健康的理念，可以提升生活质量，而且还可以减少某些条件下材料 因微生物而导致的腐蚀。因此，随着研究的深入和市场的需要，它必 将得到更广泛的应用。
三、抗菌不锈钢的分类 按其制造方法的不同，现在市场上的抗菌不锈钢大致可以分为: 表面涂层抗菌不锈钢、复合抗菌不锈钢板、表面改性抗菌不锈钢及添 加抗菌元素的抗菌不锈钢。 1、表面涂层抗菌不锈钢 ⑴ 有机涂层抗菌不锈钢。在不锈钢表面涂覆含有机抗菌药剂（有 机抗菌药物、抗菌金属粒(离)子）或有光催化活性的纳米ZnO/TiO2半 导体陶瓷的涂料，可赋予不锈钢抗菌性能。 ⑵ 无机涂层抗菌不锈钢。在不锈钢表面或表面一定厚度层内形 成一层具有抗菌效果的无机涂层，从而赋予不锈钢抗菌性能。这些涂 层主要是银、铜、锌或它们与其他元素形成的合金，或者具有光催化 活性的钛或锌的氧化物。 2、复合抗菌不锈钢板 复合抗菌不锈钢板，是利用铜或铜合金的抗菌性能与不锈钢材料 的力学性能和工艺性能相结合，将两者复合到一起而获得。日本爱知 制钢公司开发了一种抗菌性能优良的复合抗菌不锈钢板，它由5层板 材组成，刀口部分的芯材采用高碳马氏体系刀具用不锈钢AUS8，表层