CN111702165A - 制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末、喂料和制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末、喂料和制备工艺，其中金属粉末为按照成分质量百分比为：C：≤0.03；Si：0.4‑0.6；Mn：0.4‑0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；N：≤0.02；Cr：17‑19；Ni：7.5‑8.5；Cu：3.5‑4.5；Cu：1‑5％；余量为Fe。其中制备工艺包括S1、粉末制备；S2、喂料制备；S3、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，形成注射坯；S4、烧结：对注射坯进行烧结形成烧结坯；S5、热处理：对烧结坯进行热处理，析出富铜相。本发明在不锈钢粉末中加入铜元素，通过铜元素使得产品具备杀菌特点，同时铜元素以第二相的形式析出可增加产品的硬度和强度，增加表面耐刮擦性。
Description
技术领域
本发明涉及制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末、喂料和制备工艺。
背景技术
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
本发明的第一个目的是提供制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末，该金属粉末通过加入铜元素为其制备的产品赋予杀菌特性。
实现本发明第一个目的的技术方式为：本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末，按照成分质量百分比为：C：≤0.03；Si：0.4-0.6；Mn：0.4-0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；N：≤0.02；Cr：17-19；Ni：7.5-8.5；Cu：3.5-4.5；Cu：1-5％；余量为Fe。
上述金属粉末以预合金雾化方式和/或机械合金搅拌方式制备而成。
上述化学成分Cu以纯铜粉和铜的中间体化合物中的一种或2种以上的形式加入。
本发明的第二个目的是提供可将上述金属粉末与粉末注射成型结合的喂料。
实现本发明第二个目的的技术方案是：本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料，包括上述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末和粘结剂，制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末和粘结剂的比例为9:1。
本发明的第三个目的是提供一种制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，该工艺能够有效提升抗菌不锈钢穿戴产品的产量以及质量的稳定性。
实现本发明第三个目的的技术方案是：本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，包括如下步骤：
S1、粉末制备：制备上述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末；
S2、喂料制备：制备上述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料；
S3、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，形成注射坯；
S4、脱脂：对注射坯进行脱脂处理，形成脱脂坯；
S5、烧结：对脱脂坯进行烧结形成烧结坯；
S6、热处理：对烧结坯进行热处理，析出富铜相。
S7、对经过步骤S6的产品进行表面抛光处理，然后通过PVD在产品表面形成一层钝化膜。
上述步骤S1中金属粉末以预合金雾化方式和/或机械合金搅拌方式制备而成。
上述步骤S6为将烧结坯在1020℃-1050℃固溶处理0.5-1h，水冷至室温，能够使Ga元素完全固溶到奥氏体基体中，形成含Cu的过饱和固溶体；之后在550-680℃时效处理3-6h，空冷至室温，时效处理使处于过饱和状态的Cu元素以第二相的形式析出。
上述抛光处理后表面粗糙镀降低不高于0.1mm。
本发明具有积极的效果：(1)本发明在不锈钢粉末中加入铜元素，通过铜元素使得产品具备杀菌特点，同时铜元素以第二相的形式析出可增加产品的硬度和强度，增加表面耐刮擦性。
(2)本发明中金属粉末通过预合金雾化方式能够使得抗菌元素混合更为均匀。
(3)本发明中金属粉末和粘结剂的配比比例使得喂料流动性较好，烧结密度较高，尺寸稳定性好。
具体实施方式
(实施例1)
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末，按照成分质量百分比为：C：≤0.03；Si：0.4-0.6；Mn：0.4-0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；N：≤0.02；Cr：17-19；Ni：7.5-8.5；Cu：3；余量为Fe。
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料，包括上述的金属粉末和粘结剂，金属粉末和粘结剂的比例为9:1。
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，包括如下步骤：
S1、粉末制备：制备上述的金属粉末；其中将纯铜粉以气雾化的形式加入到不锈钢中；
S2、喂料制备：制备上述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料；
S3、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，形成注射坯；
S4、脱脂：对注射坯进行脱脂处理，形成脱脂坯；
S5、烧结：将注射坯在氩气氛下1350℃烧结3小时致密化成型，形成烧结坯；
S6、热处理：将烧结坯在1020℃-1050℃固溶处理0.5-1h，水冷至室温，能够使Ga元素完全固溶到奥氏体基体中，形成含Cu的过饱和固溶体，之后在550-680℃时效处理 3-6h，空冷至室温，时效处理能使处于过饱和状态的Cu元素以第二相的形式析出；
S7、对经过步骤S6的产品进行表面抛光处理，然后通过PVD在产品表面形成一层钝化膜。
(实施例2)
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末，按照成分质量百分比为：C：≤0.03； Si：0.4-0.6；Mn：0.4-0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；N：≤0.02；Cr：17-19；Ni：7.5-8.5；Cu：4；余量为Fe。
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料，包括上述的金属粉末和粘结剂，金属粉末和粘结剂的比例为9:1。
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，包括如下步骤：
S1、粉末制备：制备上述的金属粉末；其中将纯铜粉以气雾化的形式加入到不锈钢中；
S2、喂料制备：制备上述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料；
S3、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，形成注射坯；
S4、脱脂：对注射坯进行脱脂处理，形成脱脂坯；
S5、烧结：将注射坯在氩气氛下1350℃烧结3小时致密化成型，形成烧结坯；
S6、热处理：将烧结坯在1020℃-1050℃固溶处理0.5-1h，水冷至室温，能够使Ga元素完全固溶到奥氏体基体中，形成含Cu的过饱和固溶体，之后在550-680℃时效处理 3-6h，空冷至室温，时效处理能使处于过饱和状态的Cu元素以第二相的形式析出；
S7、对经过步骤S6的产品进行表面抛光处理，然后通过PVD在产品表面形成一层钝化膜。
(实施例3)
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末，按照化学成分质量百分比为：C：≤0.03；Si：0.4-0.6；Mn：0.4-0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；N：≤0.02；Cr：17-19； Ni：7.5-8.5，Cu：5；余量为Fe。
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料，包括上述的金属粉末和粘结剂，金属粉末和粘结剂的比例为9:1。
本发明中制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，包括如下步骤：
S1、粉末制备：制备上述的金属粉末；其中将纯铜粉以气雾化的形式加入到不锈钢中；
S2、喂料制备：制备上述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料；
S3、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，形成注射坯；
S4、脱脂：对注射坯进行脱脂处理，形成脱脂坯；
S5、烧结：将注射坯在氩气氛下1350℃烧结3小时致密化成型，形成烧结坯；
S6、热处理：将烧结坯在1020℃-1050℃固溶处理0.5-1h，水冷至室温，能够使Ga元素完全固溶到奥氏体基体中，形成含Cu的过饱和固溶体，之后在550-680℃时效处理 3-6h，空冷至室温，时效处理能使处于过饱和状态的Cu元素以第二相的形式析出；
S7、对经过步骤S5的产品进行表面抛光处理，然后通过PVD在产品表面形成一层钝化膜。
(对照例)
该对照例中，金属粉末按照化学成分质量百分比为：C：≤0.03；Si：0.4-0.6； Mn：0.4-0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；N：≤0.02；Cr：17-19；Ni：7.5-8.5；余量为 Fe。
根据“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准规定，定量测试了表一所示成分金属对常见感染细菌(如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)作用后的杀菌率。其中杀菌率的计算公式为：杀菌率(％)＝[(对照样品活菌数-强抗菌奥氏体不锈钢活菌数)/对照样品活菌数]×100％，对照样品活菌数是普通30奥氏体不锈钢样品上进行细菌培养后的活菌数，强抗菌奥氏体不锈钢活菌数是指热处理后的强抗菌奥氏体不锈钢进行细菌培养后的活菌数。
表一抗菌测试结果
| 菌种 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对照组 |
| 大肠杆菌 | 97.8％ | 99.2％ | 99.5％ | 0 |
| 黄色葡萄球菌 | 96.5％ | 99％ | 99.1％ | 0 |
分析以上抗菌结果显示Cu含量加入到4％就达到峰值，与对照组结果对比发现，添加了铜元素的实施例均具有抗菌性能。
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 (9)
1.制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末，其特征在于：按照成分质量百分比为：C：≤0.03；Si：0.4-0.6；Mn：0.4-0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；N：≤0.02；Cr：17-19；Ni：7.5-8.5；Cu：3.5-4.5；Cu：1-5％；余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末，其特征在于：以预合金雾化方式和/或机械合金搅拌方式制备而成。
3.根据权利要求1所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末，其特征在于：所述化学成分Cu以纯铜粉和铜的中间体化合物中的一种或2种以上的形式加入。
4.制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料，其特征在于：包括权利要求1所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末和粘结剂，制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末和粘结剂的比例为9:1。
5.制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：
S1、粉末制备：制备权利要求1所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的金属粉末；
S2、喂料制备：制备权利要求2所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的喂料；
S3、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，形成注射坯；
S4、脱脂：对注射坯进行脱脂处理，形成脱脂坯；
S5、烧结：对脱脂坯进行烧结形成烧结坯；
S6、热处理：对烧结坯进行热处理，析出富铜相。
6.根据权利要求5所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，其特征在于：还包括步骤S7：对经过步骤S6的产品进行表面抛光处理，然后通过PVD在产品表面形成一层钝化膜。
7.根据权利要求5所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，其特征在于：所述步骤S1中金属粉末以预合金雾化方式和/或机械合金搅拌方式制备而成。
8.根据权利要求5所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，其特征在于：所述步骤S6为将烧结坯在1020℃-1050℃固溶处理0.5-1h，水冷至室温，能够使Ga元素完全固溶到奥氏体基体中，形成含Cu的过饱和固溶体；之后在550-680℃时效处理3-6h，空冷至室温，时效处理使处于过饱和状态的Cu元素以第二相的形式析出。
9.根据权利要求6所述的制备抗菌不锈钢穿戴产品的制备工艺，其特征在于：所述抛光处理后表面粗糙镀降低不高于0.1mm。
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