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第1页共22页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、有机抗菌材料及第2页共22页无机抗菌材料。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。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第3页共22页的市场前景。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，表层第4页共22页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%）CSiMnNiCrNCuNbTi其它0.01-0.060.11-1.500.21-4.517.00-20.0013.50-25.800.01-0.031.05-4.880.660.52适当表2含Cu铁素体抗菌不锈钢化学成分（wt%）CSiMnNiCrNCuNbTi其它0.01-0.070.20-1.860.20-1.770.09-0.2211.00-23.500.01-0.020.48-2.770.37-0.870.05-0.82适当第5页共22页表3含Cu马氏体抗菌不锈钢化学成分（wt%）CSiMnNiCrNCuNbTi其它0.02-0.400.33-2.550.51-0.750.09-0.1111.8-13.10.01-0.030.55-4.422.55-3.250.61-0.78适当加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。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抗菌功能金属离子中，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）在日本食品卫生协第6页共22页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）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、铁素体和第7页共22页马氏体抗菌不锈钢的化学成分。表4含Ag奥氏体抗菌不锈钢化学成分（wt%）CSiMnNiCrNAlV0.04-0.050.29-0.331.01-1.050.06-0.2518.2-18.30.03-0.040.001-0.0020.01-0.37SCuAgMoCoWP0.005-0.0080.03-0.0310.009-1.030.040.120.010.03表5含Ag铁素体抗菌不锈钢化学成分（wt%）CSiMnNiCrNAlVS0.0004-0.060.001-0.490.001-0.610.1-0.3811.4-19.10.0008-0.0440.0005-0.070.00.01-0.380.0003-0.009PCoMoNbTiCuBWAg0.001-0.030.1-0.151.38-1.450.01-0.440.16-0.230.550.00110.010.013-0.038表6含Ag马氏体抗菌不锈钢化学成分（wt%）CSiMnNiCrNAl0.04-0.330.29-0.450.29-0.450.06-0.2512.6-13.20.009-0.0250.002-0.010VSPCoWAg0.01-0.380.005-0.0060.020.010.010.013-0.038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。第8页共22页目前，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。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、酶结合第9页共22页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。图3涂层型抗菌不锈钢生产工艺流程2、复合型抗菌不锈钢采用普通的成品不锈钢板与具有抗菌性能的铜合金板通过轧制使之成为刀具用的复合抗菌不锈钢板。成型的普通不锈钢喷涂、辊涂、溶胶-凝胶、复合胺获得表面具有抗菌性能的抗菌不锈钢产在不锈钢表面第10页共22页图4复合型抗菌不锈钢生产工艺流程3、合金型抗菌不锈钢主要包括铜系抗菌不锈钢和银系抗菌不锈钢，其本质是通过在普通不锈钢