本發明涉及不銹鋼領域，特別提供一種具有快速殺菌性能的奧氏體不銹鋼，通過在奧氏體不銹鋼基體中添加適量ga元素，采用獨特的熱處理工藝，使材料具有快速并強烈的殺菌功能。

　　背景技術

　　世界衛生組織的統計數據顯示，全球每年數百萬人因醫院感染而死亡，而我國每年超過400萬人因住院而發生醫院感染。2011年韓國媒體曾報道，韓國國內44家大型醫院總共有5251個超級細菌感染案例，相當于每一家醫院就有超過100件的個案。我國醫院感染平均發生率在5％左右，而某些大型教學醫院的醫院感染發生率達到了10.85％左右。醫院保潔在預防此類感染上發揮著重要的作用，但一些大型醫院，就醫患者每天多則上萬，且流動性極大，醫院的消毒范圍和消毒速度遠遠追不上細菌的繁殖和傳播速度。此外，大量的調查研究證實，接近患者的環境表面(床旁桌、床欄)會有很多微生物存在，甚至持續存活。如金黃色葡萄球菌、腸球菌能在醫院環境中長期生存。近年來物體表面在醫院感染傳播中的作用受到重視。研究顯示，物體表面盡管只是偶爾涉及將感染直接傳給病人，但在醫療設備污染方面起十分重要的間接作用，因此物表的及時清潔消毒是非常必要的。但需要注意的是物表在用清潔劑清潔消毒后仍發現臨床上重要的病原微生物，物體表面和儀器設備可能仍有感染傳播危險。正是因為如此嚴峻的現狀，抗菌制品的研發受到了越來越多研究者的重視。

　　抗菌不銹鋼是指在現有不銹鋼的基體或表面上添加具有抗菌作用的金屬元素，如銅(cu)、銀(ag)等，通過特殊的熱處理操作使材料獲得兼具優良抗菌性能及良好力學、耐蝕性能的新型鋼鐵材料。

　　現階段大量的抗菌不銹鋼主要是在不銹鋼基體中添加具有殺菌作用的cu和ag等元素。如申請號為02144683.0、200510013238.9、200710038732和200510111742.2的專利中，在不銹鋼基體中添加cu或者ag元素，通過抗菌元素的單獨或協同殺菌作用，制備出了具備抗菌性能的不銹鋼。但需要注意的是，現有相關專利中均未表明抗菌不銹鋼殺菌的快速性以及在高細菌濃度下的抗菌性能，而對于醫院這種復雜的環境，快速殺菌性能及高細菌濃度下的抗菌性顯得尤為重要。

　　因此，本發明研究開發了一種具備快速殺菌性能的奧氏體抗菌不銹鋼，首次創新性地提出了在奧氏體不銹鋼基體中添加適量的ga元素，通過特殊的熱處理，賦予了材料快速殺菌性能以及在高細菌濃度下的優異抗菌性能。

　　技術實現要素：

　　本發明的目的在于提供一種具備快速殺菌性能的奧氏體抗菌不銹鋼，在奧氏體不銹鋼基體中添加ga元素，通過相應的熱處理，使材料在基體中析出fe3ga中間相，從而賦予材料快速殺菌性能以及在高細菌濃度下的抗菌性能。該不銹鋼能夠應用于醫療器具涉及到的相關不銹鋼制品，降低因醫療相關產品而引發的院內細菌感染等問題。

　　本發明的技術方案是：

　　一種具備快速殺菌性能的奧氏體抗菌不銹鋼，該材料的化學成分如下(wt.％)：c：≤0.03；si：0.3-0.6；mn：0.4-0.8；s：≤0.02；p：≤0.02；cr：17.0-18.5；ni：7.5-8.5；cu：3.5-5.0；ga：0.2-2.0；余量為fe。作為優選的技術方案：ga元素的范圍為ga：0.5-1.5(wt.％)。

　　ga元素是本發明中最重要的成分，也是使材料具備快速殺菌性能及高細菌濃度下抗菌性能的根本所在。ga元素能夠擾亂細菌的正常新陳代謝，進而殺死細菌。此外，金屬ga是一種低熔點高沸點的金屬，ga元素在鋼中是封閉奧氏體區的元素，由fe-ga二元相圖可知，ga在γ-fe中的最大固溶度為3.25at.％，并且ga在γ-fe的固溶度隨著溫度的變化而變化，這也促使了ga元素能夠在較低溫度下能夠以第二相的方式析出。通過不銹鋼表面的第二相而溶出的ga3+離子協同cu離子能夠快速并在高細菌濃度下殺死細菌，是本發明的主要創新點。

　　本發明還提供了上述奧氏體抗菌不銹鋼的熱處理方法，這也是本發明中很重要的一部分，其具體步驟為：在1020-1060℃固溶處理0.5-1h，水冷至室溫，之后在500-700℃時效處理3-8h，空冷至室溫。固溶處理能夠使ga元素完全固溶到奧氏體基體中，形成過飽和固溶體。之后進行時效處理，能夠使ga元素以第二相的形式從過飽和固溶體逐漸析出，在奧氏體基體中析出一定量的fe3ga中間相，這也是材料具備快速殺菌性能和高抗菌性的根本所在。

　　本發明的有益效果是：

　　本發明提出了在奧氏體不銹鋼基體中添加ga元素，設計出了一種具備快速殺菌及強烈殺菌能力的奧氏體抗菌不銹鋼。通過ga元素的成分設計及相應的熱處理，能夠使奧氏體不銹鋼基體中析出大量的具有強烈殺菌能力的fe3ga中間相，使其具備優異的抗菌性能，進而降低院內細菌感染的問題。

　　附圖說明

　　圖1為本發明中實施例與對比例對大腸桿菌的抗菌結果：(a，b)高細菌濃度(109cfu/ml)，共培養24h；(c，d)較短培養時間(2h)，細菌濃度為105cfu/ml。

　　具體實施方式

　　以下用實施例對本發明作更一步的描述。這些實施例僅僅是對本發明最佳實施方式的描述，并不對本發明的范圍有任何限制。

　　實施例：實施例1-6為本發明新型奧氏體抗菌不銹鋼，其化學成分見表1。經熔煉、鍛造、熱鍛、熱軋及冷軋制成1mm厚板材。再進行抗菌熱處理，固溶溫度為1030℃，時間為30分鐘，時效溫度為580℃，時間為5h。

　　對比例：對比例1為普通奧氏體抗菌不銹鋼，對比例2為含有微量ga元素的抗菌不銹鋼，對比例3為含有大量ga元素的抗菌不銹鋼，其化學成分見表1，具體處理工藝與實施例相同。

　　表1實施例和對比例材料化學成分(wt.％)

　　(1)抗菌性能檢測

　　根據“jisz2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性試驗方法和抗菌效果》、gb/t2591-2003《抗菌塑料抗菌性能實驗方法和抗菌效果》”等相關標準規定，定量測試了表1所示成分金屬對常見感染細菌(如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌)作用后的殺菌率。其中殺菌率的計算公式為：殺菌率(％)＝[(對照樣品活菌數-奧氏體抗菌不銹鋼活菌數)/對照樣品活菌數]×100％，對照樣品活菌數是普通304l奧氏體不銹鋼樣品上進行細菌培養后的活菌數，奧氏體抗菌不銹鋼活菌數是指熱處理后的奧氏體抗菌不銹鋼進行細菌培養后的活菌數。

　　表2所示為實施例與對比例在不同細菌濃度下共培養24h后對金黃色葡萄球菌抗菌結果以及在不同培養時間下細菌濃度為105cfu/ml時對金黃色葡萄球菌抗菌結果。從表中可發現，ga元素的添加對鋼的快速殺菌性能和高細菌濃度下的殺菌性能起到非常重要的作用。當ga含量高于0.5wt.％時，材料在較短培養時間以及高細菌濃度下均具有優異的抗菌性能。

　　表2實施例與對比例抗菌結果

　　綜上所述，綜合考慮材料的抗菌性能及經濟成本，設定ga元素的含量范圍為0.2-2.0wt.％，材料在此ga元素范圍內具備快速及強效的殺菌性能。

　　上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。

　　技術特征：

　　技術總結

　　本發明的目的在于提供一種具備快速殺菌性能的奧氏體抗菌不銹鋼，其化學成分為(質量百分數)：C：≤0.03；Si：0.3?0.6；Mn：0.4?0.8；S：≤0.02；P：≤0.02；Cr：17.0?18.5；Ni：7.5?8.5；Cu：3.5?5.0；Ga：0.2?2.0；余量為Fe。在奧氏體不銹鋼基體中添加Ga元素，通過相應的熱處理，使材料在基體中析出Fe3Ga中間相，從而賦予材料快速殺菌性能以及在高細菌濃度下的抗菌性能。該不銹鋼能夠應用于醫療器具涉及到的相關不銹鋼制品，降低因醫療相關產品而引發的院內細菌感染等問題。

　　技術研發人員：席通;趙金龍;楊柯;楊春光

　　受保護的技術使用者：中國科學院金屬研究所

　　技術研發日：2018.04.04

　　技術公布日：2018.11.02