CN111647826A - 采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，包括如下步骤：前序准备：A、注射模具加工：注射模具通过飞秒激光对其内部型腔进行加工，使得注射模具的内部型腔形成微米级沟槽；B、喂料制备：将抗菌不锈钢金属粉末与粘结剂混合形成喂料；S2、注射：利用喂料通过注射形成注射坯；S3、脱脂：对注射坯进行脱脂形成脱脂坯；S4、烧结：对脱脂坯进行烧结形成烧结坯。本发明制备的产品表面拥有微米级的抗菌沟槽，达到了双效抗菌的效果，大大提高产品的广谱抗菌率及抗菌持久性，同时该沟槽结构也具有一定的超疏水性和自清洁功能，达到了从源头上阻碍细菌及水渍附着的功能。

Description

采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法
技术领域
本发明涉及抗菌不锈钢制备领域，特别涉及采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法。
背景技术
1996年致病性大肠杆菌O-157对日本社会的冲击，2003年“非典”疫情对中国卫生事业的影响2020年新冠病毒对世界的打击，使得人们的卫生意识大大提高，健康环保的需求也将大幅增加，因此加快抗菌材料及制品产业的发展势在必行。
传统抗菌不锈钢，是通过在高温时效过程中，析出一定体积分数的富铜或富银析出相，当这种富铜/银相与细菌接触时，能够释放微量的铜离子，破坏细菌的细胞壁，致使细菌死亡。而传统不锈钢的制备同时也存在技术难度高、冶炼工艺较复杂、难以批量化生产、产品设计自由度及精度低等难题。
近年来，智能穿戴产品在5G的概念下快速发展。大部分的产品和皮肤直接接触，如果抗菌能力较差会滋生大量细菌危害身体健康，开发具备抗菌能力的智能穿戴产品是非常有必要的。
目前主流三类抗菌不锈钢的制备中所存在的主要问题：(1)表面涂层抗菌不锈钢的抗菌性能较好，但是对生产设备和生产技术的要求较高，与此同时，使用过程当中，表面的抗菌层极易脱落，这样会大大降低不锈钢的抗菌性。(2)复合用抗菌不锈钢的抗菌性持续长久，并且抗菌性强。但是同样是由于对生产设备和生产技术要求较高而难以实现批量生产，并且其应用范围只在刀具当中，难以广泛地投产使用。(3)合金型抗菌不锈钢，虽然其抗菌性和耐磨性都优于其他种类抗菌不锈钢，但是添加铜、银等抗菌金属元素增的生产工艺也较为复杂，难以直接利用不锈钢进行短流程生产。同时，抗菌相难以固溶到基体当中起到良好抗菌效果，也是抗菌不锈钢面临的一大难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，该方法结合粉末注射成型工艺的优势和飞秒激光对零件几乎无热输入的冷加工优势，从不锈钢成分设计和表面处理两种路线同时出发，开发具有优异抗菌性能及机械性能的不锈钢产品。
实现本发明目的的技术方案是：本发明包括如下步骤：
S1、前序准备：A、注射模具加工：注射模具通过飞秒激光对其内部型腔进行加工，使得注射模具的内部型腔形成微米级沟槽；B、喂料制备：将抗菌不锈钢金属粉末与粘结剂混合形成喂料；
S2、注射：将喂料加入注射机，注射机将喂料注射进注射模具的内部型腔内，形成表面带有微米级沟槽的注射坯；
S3、脱脂：对注射坯进行脱脂形成脱脂坯；
S4、烧结：对脱脂坯进行烧结形成烧结坯；
S5、退火热处理：将烧结坯进行退火热处理形成成品。
上述抗菌不锈钢粉末按照化学成分为：Cr：16.80wt％，Ni：10.0-14.0wt％，Mo：2.55wt％，Mn：0.36％，Si：0.35％，C：0.0141％，S：0.0047wt％，P：0.0183wt％，其余为Fe。
上述步骤S3中对注射坯进行酸脱，通酸时间为300min。
上述步骤S4中烧结温度设定为1300-1400℃，保温时间6-10h，烧结气氛为Ar，分压为8-10KPa，并且炉冷至200℃后进行喷Ar气快冷降温。
上述步骤S5中温度设定为850℃/5h，压力10-20kPa，保温时间3-8h，并且以180-250℃/h的冷速缓慢冷却至室温。
上述微米级沟槽的截面呈倒三角形或正方形或圆弧形。
上述粘结剂包括POM-80份，PP10份，PE10份；抗菌不锈钢金属粉末与粘结剂的比例为9:1。
本发明具有积极的效果：(1)本发明利用粉末注射成型工艺中注射成型的优势，在注射模具的内部型腔上通过飞秒激光冷加工出独特的沟槽结构，使注射、烧结出的产品表面拥有微米级的抗菌沟槽，达到了双效抗菌的效果，大大提高产品的广谱抗菌率及抗菌持久性，同时该抗菌沟槽结构也具有一定的超疏水性和自清洁功能，达到了从源头上阻碍细菌及水渍附着的功能。
(2)本发明中抗菌不锈钢粉末的成分设计使其利用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的可行性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明中注射模具的结构示意图。
图2为本发明中注射坯的结构示意图；
图3为本发明中烧结坯的结构示意图。
具体实施方式
(实施例1)
本发明包括如下步骤：
S1、前序准备：A、注射模具加工：注射模具1通过飞秒激光对其内部型腔进行加工，使得注射模具1的内部型腔形成微米级沟槽11，见图1；B、喂料制备：将抗菌不锈钢金属粉末与粘结剂混合形成喂料；
S2、注射：将喂料加入注射机，注射机将喂料注射进注射模具1的内部型腔内，形成表面带有微米级沟槽11的注射坯；
S3、脱脂：对注射坯进行脱脂形成脱脂坯；
S4、烧结：对脱脂坯进行烧结形成烧结坯；
S5、退火热处理：将烧结坯进行退火热处理形成成品。
所述述抗菌不锈钢粉末按照化学成分为：Cr：16.80wt％，Ni：10.0-14.0wt％，Mo：2.55wt％，Mn：0.36％，Si：0.35％，C：0.0141％，S：0.0047wt％，P：0.0183wt％，其余为Fe。
所述步骤S3中对注射坯进行酸脱，通酸时间为300min。
所述步骤S4中烧结温度设定为1390℃，保温时间6h，烧结气氛为Ar，分压为8KPa，并且炉冷至200℃后进行喷Ar气快冷降温。
上述步骤S5中温度设定为850℃/5h，压力10kPa，保温时间5h，并且以200℃/h的冷速缓慢冷却至室温。
所述微米级沟槽11的截面呈正方形。
所述粘结剂包括POM-80份，PP10份，PE10份；抗菌不锈钢金属粉末与粘结剂的比例为9:1。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法；其特征在于包括如下步骤：
S1、前序准备：A、注射模具(1)加工：注射模具(1)通过飞秒激光对其内部型腔进行加工，使得注射模具(1)的内部型腔形成微米级沟槽(11)；B、喂料制备：将抗菌不锈钢金属粉末与粘结剂混合形成喂料；
S2、注射：将喂料加入注射机，注射机将喂料注射进注射模具(1)的内部型腔内，形成表面带有微米级沟槽(11)的注射坯；
S3、脱脂：对注射坯进行脱脂形成脱脂坯；
S4、烧结：对脱脂坯进行烧结形成烧结坯。
2.根据权利要求1所述的采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述抗菌不锈钢粉末按照化学成分为：Cr：16.80wt％，Ni：10.0-14.0wt％，Mo：2.55wt％，Mn：0.36％，Si：0.35％，C：0.0141％，S：0.0047wt％，P：0.0183wt％，其余为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，其特征在于：步骤S4之后还包括以下步骤：
S5、退火热处理：将烧结坯进行退火热处理形成成品。
4.根据权利要求2所述的采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述步骤S3中对注射坯进行酸脱，通酸时间为300min。
5.根据权利要求2所述的采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述步骤S4中烧结温度设定为1300-1400℃，保温时间6-10h，烧结气氛为Ar，分压为8-10KPa，并且炉冷至200℃后进行喷Ar气快冷降温。
6.根据权利要求3所述的采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述步骤S5中温度设定为850℃/5h，压力10-20kPa，保温时间3-8h，并且以180-250℃/h的冷速缓慢冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述微米级沟槽(11)的截面呈倒三角形或正方形或圆弧形。
8.根据权利要求1所述的采用粉末注射成型工艺制备抗菌不锈钢的方法，其特征在于：所述粘结剂包括POM-80份，PP10份，PE10份；抗菌不锈钢金属粉末与粘结剂的比例为9:1。
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