CN108842092A

CN108842092A - 一种含银抗菌铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN108842092A
Application number: CN201810739567.9A
Authority: CN
Inventors: 向红亮; 吴标
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2018-11-20

Abstract

本发明公开了一种含银抗菌铜合金及其制备方法，属于金属材料技术领域。按重量百分比之和为100%计，所述含银抗菌铜合金中各组分所占重量百分比为：银0.07%‑0.15%，铜99.75%‑99.92%，其它杂质0.01‑0.1%，其是采用真空感应熔炼方法制备而成。本发明含银抗菌铜合金制备工艺简单易行、力学性能和耐腐蚀性能优异，与无氧铜相比具有明显的抗菌性能优势，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果均大于99.9%，效果显著，具备显著的经济和社会效益。

Description

一种含银抗菌铜合金及其制备方法

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种含银抗菌铜合金及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的日益提高，防菌、抗菌以及抗病毒的卫生安全问题已成为受到当今社会极大关注的问题。由病菌引发的恶性事件的频繁爆发，使开发绿色、高效且低成本的抗菌金属材料已成为当今社会发展的迫切需要。

铜合金被广泛应用于（1）电气化铁路、城市交通；（2）厨房器具、食品加工业；（3）污水和水处理净化处理设施；（4）海洋船舶等领域，对社会发展发挥着重要的作用。若能在不降低其原本优异的综合性能的基础上赋予它优异的抗菌功能，这对促进铜合金的发展和提升材料的附加值具有现实意义。美国仕龙阀门公司的M.默里和M.萨霍发明了白色抗菌铜合金，其合金成分中含有大于60wt%的铜以及各类合金元素：镍、锌、锰、锑、锡、铝、硫、铁、铅等，最终使铜合金呈现出白色光泽并具有抗菌性，但由于其成分中含有较多的金属元素，制备工艺较复杂，对人体有害成分较多。

银自古以来就被发现具有优异的抗菌/抑菌效果，这种抗菌效果可通过多种途径，使得有害细菌或真菌难以形成抗性菌株。含银抗菌金属材料也由于具有低毒、抗菌持久、综合性能好与广谱抗菌性的特点逐渐成为研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含银抗菌铜合金及其制备方法，该含银抗菌铜合金不仅具有比无氧铜更好的力学性能和相当的耐蚀性能，还具有优异的抗菌性能，其抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌率达到99.9%，且其制备工艺简单易行，效果显著。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种含银抗菌铜合金，按重量百分比之和为100%计，其各组分所占重量百分比为：银0.07%-0.15%，铜99.75%-99.92%，其它杂质0.01-0.1%；优选地，所述含银抗菌铜合金中各组分的重量百分比为：银0.071%，铜99.84%，其它杂质0.089%；或为：银0.11%，铜99.814%，其它杂质0.076%；或为：银0.14%，铜99.767%，其它杂质0.093%。

所述含银抗菌铜合金是采用真空感应熔炼的方法制备获得；其具体步骤如下：

（1）将原材料铜、银提前清洁、干燥处理，并将原材料铜提前打磨，去除氧化皮；

（2）在中频真空感应熔炼炉内装入纯度≥99.9%的无氧铜，至坩埚高度的八成以下，做到上松下紧，以防出现“架桥”现象；然后在熔炼池中充入纯度≥99.999%的惰性气体，使炉内压力保持在0.75-1 atm，以防止铜合金氧化并减少易挥发元素的挥发损失；

（3）将感应炉功率以1KW每分钟的速率升高至17-18KW，待熔液温度升高到1170-1200℃时，保温5分钟，使铜充分熔融；

（4）重复进行一次步骤（2）中的充气操作，以净化炉内气体环境，排除熔融铜挥发出来的杂质；充气过程控制在3分钟以内，减少挥发损失；

（5）待炉内压力回到0.75-1 atm时，将银以500μm-1200μm的粒径迅速加入到熔融状态的铜基体中，将功率升高为19-20KW，提升熔液搅拌速度，待熔液温度升高到1250-1280℃时，保温3分钟，使银均匀的固溶在铜基体中；

（6）回调功率至16-17KW，待熔液温度降低到1100-1150℃时，将熔液浇注到模具中铸造成型，浇注时间控制在半分钟内，并使浇注液面平稳上升。

优选地，步骤（1）中采用150~3000目的金相砂纸进行打磨氧化皮。

优选地，步骤（2）中所述惰性气体包括氩气、氦气中的任意一种。

所述含银抗菌铜合金可应用于制备建筑幕墙、海水淡化设备管道等建筑围护结构或输水管道。

目前普遍认为的含银抗菌金属材料的抗菌机理是：材料表面析出的银离子实现对微生物的抑制/杀灭作用。而在现有的研究中发现，含铜不锈钢经过时效处理析出的富铜相对微生物也具有较好的抑制/杀灭作用，而纯铜金属材料不具有抗菌效果。银与铜都为面心立方金属，本发明在铜基体中添加微量的银，使微量的银以间隙固溶体的形式存在于铜基体中形成单相固溶体，从而使银离子在铜基体的协同作用下对微生物起到强效的抑制/杀灭作用。

本发明通过含银铜合金的成分调整及冶炼工艺的改进，使所得含银抗菌铜合金能在尽量低的银含量下具有优异的抗菌性能，且其对人体无毒无害，对环境无污染、抗菌性能持久，与无氧铜相比还具有相当的耐蚀性能及更高的硬度，具有很大市场应用潜力，可广泛应用于家电设备；食品加工业、制药；污水和水处理净化处理设施、化工设施；海洋船舶等具有抗菌需求的领域。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

表1 化学成分含量表

（1）按表1比例分别称取原材料铜和银，将其提前清洁、干燥，并将原材料铜用150~3000目的砂纸提前打磨，去除氧化皮；

（2）在中频真空感应熔炼炉内装入纯度≥99.9%的无氧铜，至坩埚高度的八成以下，做到上松下紧，以防出现“架桥”现象；然后在熔炼池中充入纯度≥99.999%的氩气，使炉内压力保持在0.75-1 atm，以防止铜合金氧化并减少易挥发元素的挥发损失；

（6）回调功率至16-17KW，待熔液温度降低到1100-1150℃时，将熔液浇注到模具中铸造成型，即得试样；浇注时间控制在半分钟内，并使浇注液面平稳上升。

1. 根据GB/T 228.1-2010将试样加工为试验标准件，用万能拉伸试验机测试实施例与对比例的抗拉强度，在维氏硬度计上测试材料维氏硬度。

2. 在电化学工作站（实验介质为3.5%NaCl溶液）上测试实施例与对比例的腐蚀电流密度，以此表征其耐腐蚀性能（腐蚀电流密度越大，耐腐蚀性能越差）。

3. 依据日本抗菌测试标准JIS Z 2801:2000《抗菌加工产品抗菌性能试验方法和抗菌效果》和中国轻工行业标准QG/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能试验方法和抗菌效果》，采用覆膜法测试材料的抗菌性能。即通过定量接种细菌于受检样品上，使细菌与样品接触一定时间后，采用平板菌落计数法测得样品的回收活菌数，并计算抗菌率。菌落数的统计参照GB/T4789.2-2010《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》。试验菌种选用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。

各性能检测结果见表2。

表2 性能测试结果

由表2可以看出，本发明实施例制备的含银铜合金不仅具有较好的硬度及抗拉强度，且表现出优异的抗菌性能，其对大肠抗菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均大于99%，参照中华人民共和国出入境检验检疫行业标准SN/T 2399-2010《抗菌金属材料评价方法》抗细菌率符合Ⅰ级（Ⅰ≥99%）的抗菌金属材料可以报告有强抗细菌作用，而对比例无氧铜的抗菌率只达到71%，认为没有抗菌效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种含银抗菌铜合金，其特征在于：按重量百分比之和为100%计，各组分所占重量百分比为：银0.07%-0.15%，铜99.75%-99.92%，其它杂质0.01-0.1%。

2.如权利要求1所述的含银抗菌铜合金，其特征在于：各组分的重量百分比为：银0.071%，铜99.84%，其它杂质0.089%。

3.如权利要求1所述的含银抗菌铜合金，其特征在于：各组分的重量百分比为：银0.11%，铜99.814%，其它杂质0.076%。

4.如权利要求1所述的含银抗菌铜合金，其特征在于：各组分的重量百分比为：银0.14%，铜99.767%，其它杂质0.093%。

5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的含银抗菌铜合金的制备方法，其特征在于：采用真空感应熔炼的方法进行制备。

6.如权利要求5所述的含银抗菌铜合金的制备方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：

1）在中频真空感应熔炼炉内装入纯度≥99.9%的无氧铜，至坩埚高度的八成以下，然后在熔炼池中充入纯度≥99.999%的惰性气体，使炉内压力保持在0.75-1 atm；

2）将感应炉功率以1KW每分钟的速率升高至17-18KW，待熔液温度升高到1170-1200℃时，保温5分钟，使铜充分熔融；

3）重复进行一次步骤1）中的充气操作，以排除熔融铜挥发出来的杂质；

4）待炉内压力回到0.75-1 atm时，将银以500μm-1200μm的粒径迅速加入到熔融状态的铜基体中，将功率升高为19-20KW，待熔液温度升高到1250-1280℃时，保温3分钟，使银均匀的固溶在铜基体中；

5）回调功率至16-17KW，待熔液温度降低到1100-1150℃时，将熔液浇注到模具中铸造成型，浇注时间控制在半分钟内，并使浇注液面平稳上升。

7.如权利要求6所述的含银抗菌铜合金的制备方法，其特征在于：所述惰性气体包括氩气、氦气中的任意一种。

8.一种如权利要求1-4中任意一项所述的含银抗菌铜合金在建筑围护结构、输水管道中的应用。