高铜马氏体不锈钢的抗菌性能

    摘要：研究了高铜马氏体不锈钢的组织和性能，菌液滴定试验表明18-8不锈钢对金黄色葡萄球菌和大肠肝菌均没有抗菌效果，0.08C-17 Cr4 Ni-＞3.8 Cu-0.3Nb高铜马氏体不锈钢对金黄色葡萄球菌的抗菌效果大于99%，对大肠杆菌的抗菌效果为97%。

    关键词：抗菌性  铜  马氏体不锈钢

    近些年来，不论是食品业和医疗卫生业还是一般家庭，都对卫生防菌意识日益提高^[1]。日本日新钢铁公司、神户钢铁公司、川崎钢铁公司、日本金属工业公司相继宣布开发出不同类型，不同性能的金属和非金属（陶瓷，树脂）抗菌功能材料^[2-6]。

    现代科学感研究发现Ag、Co、Ni、Al、Zn、Cu等都具有一定的抗菌性，尤其以银、铜的效果最好^[7]。我们研究了含Cu马氏体不锈钢的抗菌性能。

1、实验材料及实验方法

    实验合金用工业纯铁、电解锰、金属硅、金属铬，电解镍、电解铜和铌铁为原料，在ZG-25A型真空感应炉内熔炼。铸锭锻成厚10mm的板材供实验用。合金的化学成分见表1。

表1  实验不锈钢的化学成分/%

2、实验结果和讨论

2.1热处理工艺对性能和组织的影响

    经1050℃固溶后，不同温度时效4h时，时效温度对抗3硬度的影响。在温度低于450℃时，抗3合金的硬度随时效温度的升高而增加。当温度高于450℃后，合金的硬度随时效温度的升高迅速下降。

    时效温度为500℃时，时效时间对抗3合金硬度的影响。时效时间对合金硬度的影响与温度的影响有类似的规律。在时效时间小于1.5h时，合金的硬度随时效时间的增加而升高；时效时间大于1.5h后，合金的硬度随时效时间的增加迅速下降。

    抗3合金属马氏体沉淀硬化不锈钢，时效时会有弥散的ε-Cu相析出，有着明显的时效强化效果。经X-Ray衍射分析证实时效后试样中有大量的ε-Cu相。

    第二相质点的强化效果与第二相的体积分数f，质点半径r及质点之间的距离d有关^[8]：

        Δτ≈df^1/2r^-1    （1）

    在时效时间一定时，时效温度越高，第二相越容易析出，也越容易长大，因而存在一个最佳温度，使得f^1/2r^-1的积达到最大值，强化效果最显著。这就是抗3合金的硬度在450℃达到最大值的原因。

2.2抗菌性能

    用菌液滴定法测试了抗3和18-8不锈钢经1050℃固溶600℃时效4h后试样的抗菌性能。试样尺寸为15mm*15mm*1mm，测试结果见表2和表3。

表2  不锈钢对金黄色葡萄球菌的抗菌效果

表3  不锈钢对大肠杆菌的抗菌效果

    从实验结果可以看出0Cr18Ni9Ti不锈钢对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均没有抗菌效果。抗3对金黄色葡萄球菌的抗菌效果在99%以上，对大肠杆菌效果为97%。抗3经X-Ray衍射分析有大量ε-Cu相析出，这是其具有优良抗菌效果的原因[1]。在表面附着的液体中， Cu²⁺容易溶出，溶出的Cu²⁺与细菌接触时便会进细菌的细胞内与细菌中的酵素结合，从而使得酵素丧失活性，达到抗茵效果。

3、结论

    18-8不锈钢对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均没有抗菌效果。而高铜马氏体不锈钢对金黄色葡萄球菌效果大于99%，对大肠杆菌的抗菌效果为97%。

参考文献

1、市原聪 特殊钢（日），1999，48（1）：57

2、大久保直人，中村定幸，山本正人，宫楠克久，长谷川守弘  日新制铁技报，1988（77）：69

3、孙文德  金属世界，1999，3：51

4、梅田正宏 特殊钢（日），1999，48（6）：4

5、张文钲，张羽天  金属世界，1999（3）：40

6、文凡  金属功能材料，2000，49（8）：957

7、石墨贤一 特殊钢（日），1999，48（6）：389

8、邓永瑞，等 马氏体相变 北京：冶金工业出版社，1996

（作者：李宁，男，46岁，教授，博士生导师。四川大学。研究领域：金属功能材料。）