[发明专利]一种抗菌抗病毒含铜不锈钢及其制备和应用

说明书

本发明提供一种抗菌抗病毒含铜不锈钢及符合其组成的不锈钢的制备方法和应用，所述含铜不锈钢包括不锈钢基体和均匀分布于所述不锈钢基体中的富铜相，其中，所述含铜不锈钢的铜含量为6～30wt％。其制备方法包括粉末冶金法或采用优化或无铜脆问题的铸造技术。相比于传统含铜抗菌不锈钢，本发明的含铜不锈钢产品内含有的足量的富铜析出相，不仅可以实现对细菌的良好杀灭作用，且可以达到与纯铜相媲美的杀灭病毒的能力，可用于制备刀具、电梯按钮、栏杆、扶手、门把手、杯子等部件的整体或全部，其可有效杀灭存在于其表面的细菌和病毒。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及一种高含铜量的不锈钢，尤其涉及一种高性能抗菌抗病毒含铜不锈钢及其制备和应用。

背景技术

存在于生活环境以及公共安全卫生领域的病原体细菌和病毒一直以来都是威胁公众安全和健康的重大隐患，全世界每年有数百万人死于细菌感染。季节性流感以及长期以来周期性爆发的各类流感病毒更是对人们的生命安全和社会造成了难以估计的影响。与携带有带菌或带病毒物体表面的间接或直接接触是病原体细菌和病毒感染人类最为重要的一个途径之一，更是各类有害细菌感染人类最主要的途径。然而，不锈钢作为在日常生活用具，公共卫生设施，食品工业领域等关键部门应用最为广泛的材料之一，其本身并不具备抗菌或抗病毒的能力。例如，经研究证实，2019-nCov新型冠状病毒已被证明可以在普通不锈钢表面生存数天不死亡；常见的致病型大肠杆菌也被证明可以在不锈钢表面长时间存活。由此诱发的更高风险的细菌和病毒的传播风险不仅对公众健康安全影响巨大，同时也给社会造成了极大的医疗和经济负担。因此开发具有优异抗菌抗病毒能力的不锈钢器具的需求日益提高。

不同于不锈钢中的常用合金添加元素，金属元素银、铜、锌等天然具有一定的抗击有害病原体的作用，这类无机抗菌剂拥有温度适应范围广，广谱抗菌，低毒性，长效抗菌，不产生耐药性等无可比拟的优势，其中尤以银和铜效果最好。此外，经研究证实，金属铜表面可以有效杀灭H1N1猪流感病毒；2019-nCov新型冠状病毒在纯铜表面只要几小时后就会完全丧失活性。

为了使不锈钢获得永久的抗菌能力，目前主要是通过在铸造过程中以整体冶炼添加银、铜或其它抗菌金属元素的方式制备抗菌不锈钢。以铜为例，其作为一种钢铁材料中常见的微量添加元素，在添加量比较低时其作用与镍类似，可以提高材料的耐腐蚀性能，例如含铜0.2~0.5 wt%的钢轨钢其耐腐蚀性能一般要好于普通碳素钢，当铜含量超过0.75 wt%时可通过固溶时效处理提高材料的强度。当铜含量进一步提高时可用于制备含铜系列抗菌不锈钢，例如，在传统铸造过程中添加2~5.5 wt%左右铜的奥氏体含铜不锈钢以及添加了3~4 wt%的马氏体不锈钢等，这类铸造含铜不锈钢在经过热处理后，对大肠杆菌的抗菌率一般都可以达到98%以上。尽管最高可达5.5 wt%的铜添加量对一系列的含铜抗菌不锈钢而言，产生良好的抗菌效果已经完全足够，然而，与纯铜相比，这个铜含量依然很低，难以产生抗病毒效果，而传统铸造技术在制备更高铜含量的不锈钢时遇到的铜脆问题也制约了其进一步开发具备抗病毒能力的不锈钢，目前尚未见到有任何报道现有的含铜不锈钢具备优良的抗病毒能力，尤其是目前没有任何一种不锈钢具备长效抗击2019-nCov病毒的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备抗菌和抗病毒能力的不锈钢及符合此成分的含铜不锈钢的制备方法与应用。此不锈钢内部可以含有银、铜、锌等具备抗菌或抗病毒作用的元素的一种或多种的组合，尤其地，区别于传统含铜抗菌不锈钢，此新型抗菌抗病毒不锈钢内含有高含量的铜元素。

本发明创造性地利用粉末冶金技术便于调控成分、近净成形以及产品无需后续加工变形的特点，制备了一系列高铜含量的含铜抗菌不锈钢，并结合相关抗病毒实验，成功验证并开发了一种高性能的抗菌抗病毒不锈钢，该含铜不锈钢可长久有效杀灭其表面的细菌和病毒，尤其是2019-nCov病毒。此外，符合本发明所述化学成分的不锈钢不仅可通过一系列粉末冶金技术进行制备，也可以通过改善铜脆工艺的传统铸造工艺或者新型连轧连铸等一系列不存在或优化热加工铜脆现象的方法制备，只要符合本发明所述成分要求即可。且任何符合本发明所述成分要求或基于此发明进行微小改动仍应属于本发明的保护范围。