□張文毓

中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七二五研究所 河南洛陽(yáng) 471023

抗菌不銹鋼的應(yīng)用進(jìn)展

□張文毓

中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司 第七二五研究所 河南洛陽(yáng) 471023

近年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的抗菌不銹鋼，其應(yīng)用前景十分廣闊?？咕讳P鋼以不銹鋼為載體，添加一些抗菌金屬元素（如銅、銀）作為抗菌劑，既具有不銹鋼的耐蝕性能，又具有優(yōu)良的抗菌性能。從抗菌不銹鋼原理、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀、市場(chǎng)現(xiàn)狀等幾方面對(duì)抗菌不銹鋼進(jìn)行了綜述。

1　抗菌不銹鋼概述

1.1抗菌不銹鋼定義

在普通不銹鋼內(nèi)添加一定量的抗菌金屬元素（如銀、銅）等，控制冶煉、鑄造、鍛壓、軋制及熱處理過(guò)程，使抗菌金屬元素在不銹鋼基體內(nèi)以一定的大小、形態(tài)均勻析出，并保證析出相的體積百分比，在不降低普通不銹鋼力學(xué)性能和抗腐蝕性能的前提下，賦予其優(yōu)異的抗菌性能，這就是抗菌不銹鋼。

1.2抗菌不銹鋼抗菌機(jī)制

抗菌不銹鋼主要利用不銹鋼表面的光觸媒或金屬離子對(duì)細(xì)菌的抑制或殺滅作用來(lái)實(shí)現(xiàn)抗菌。

1.3抗菌不銹鋼的種類

抗菌不銹鋼按制造方法的不同，可分為表面涂層抗菌不銹鋼、復(fù)合抗菌不銹鋼、表面改性抗菌不銹鋼及添加抗菌金屬元素的合金型抗菌不銹鋼等［1］。

1.4抗菌不銹鋼性能特點(diǎn)

合金型抗菌不銹鋼的產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)如下：①?gòu)V譜抗菌性，對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等常見(jiàn)病菌均具有良好的抗菌效果；②抗菌持久性，長(zhǎng)期使用表面磨損后仍保持良好的抗菌性能；③人體安全性，在食品安全性和人體安全性方面完全符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；④成本增加較少，與常規(guī)不銹鋼相比，含銅抗菌不銹鋼成本增加10%～20%，含銀抗菌不銹鋼成本增加20%～40%［2］。

1.5抗菌不銹鋼的制備方法

目前，抗菌不銹鋼的制備方法主要有：①在不銹鋼基體中整體添加抗菌金屬元素；②不銹鋼表面改性；③不銹鋼表面涂層；④不銹鋼與具有抗菌功能的金屬板復(fù)合。

1.6抗菌不銹鋼的應(yīng)用

近年來(lái)，抗菌不銹鋼越來(lái)越為人們所關(guān)注，逐漸成為鋼鐵企業(yè)、科研單位研發(fā)和生產(chǎn)的熱點(diǎn)。20世紀(jì)90年代，日本日新制鋼公司先后成功開(kāi)發(fā)了具有良好加工性和抗菌性的鐵素體抗菌不銹鋼，以及馬氏體和奧氏體抗菌不銹鋼，隨后日本川崎鋼鐵公司擴(kuò)充了銀系抗菌不銹鋼的品種。日本生產(chǎn)的鐵素體、奧氏體和馬氏體抗菌不銹鋼已在家電、廚房用具、刀具等方面應(yīng)用或推廣。韓國(guó)、美國(guó)及加拿大等國(guó)也在積極開(kāi)發(fā)抗菌不銹鋼。

日本的日新鋼鐵公司開(kāi)發(fā)成功一種加工性更好的高加工性?shī)W氏體抗菌不銹鋼NSSAM4，適用于高級(jí)廚房用具［3］。

日本愛(ài)知鋼公司開(kāi)發(fā)了用于加工菜肴的抗菌刀具材料和抗菌性優(yōu)良的復(fù)合不銹鋼板。在日本，抗菌產(chǎn)品每年以30%的速度遞增。

目前，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)和研究院所也在積極致力于抗菌不銹鋼的研發(fā)。中科院金屬研究所、太原鋼鐵集團(tuán)有限公司等單位已經(jīng)開(kāi)發(fā)了合金型鐵素體和奧氏體抗菌不銹鋼。浙江天寶實(shí)業(yè)有限公司等已生產(chǎn)出合金型奧氏體抗菌不銹鋼制品。常州大平新型不銹鋼制品有限公司在近期成功推出使用表面鍍銀抗菌不銹鋼生產(chǎn)的餐廚具等制品，目前正在大力拓展市場(chǎng)。寶鋼對(duì)抗菌不銹鋼進(jìn)行了相當(dāng)廣泛的研究與開(kāi)發(fā)，一系列含銅、含銀的抗菌不銹鋼已經(jīng)研制成功，并申請(qǐng)了多項(xiàng)專利。從2009年起，寶鋼批量生產(chǎn)中鉻鐵素體抗菌不銹鋼（牌號(hào)：B430KJ），產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、性能優(yōu)良，目前已用于制造餐廚具制品、洗衣機(jī)滾筒、洗碗機(jī)內(nèi)壁及空調(diào)部件等［4］。

隨著不銹鋼在人們生活中的廣泛應(yīng)用，抗菌不銹鋼應(yīng)用領(lǐng)域也逐步擴(kuò)展，特別是合金型抗菌不銹鋼以其成本低、抗菌性能佳的優(yōu)勢(shì)而更受歡迎。例如鐵素體抗菌不銹鋼可用于餐廚具、家電等方面，奧氏體抗菌不銹鋼可應(yīng)用于餐廚具、家電、食品工業(yè)、醫(yī)療器械等方面，馬氏體抗菌不銹鋼可用于制造餐廚刀具等?？傊?，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們的生活水平逐漸提高，防菌、抗菌的健康意識(shí)逐漸增強(qiáng)，對(duì)抗菌產(chǎn)品的需求不斷增大，抗菌不銹鋼的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景必將十分廣闊。

抗菌不銹鋼應(yīng)用范圍極廣，如啤酒、奶類、制藥等企業(yè)的設(shè)備管道和儲(chǔ)罐、廚房用具及餐具、洗衣機(jī)、家用器具、醫(yī)療器械、食品工業(yè)的工作臺(tái)及器皿等。日常生活中的毛巾架、冷藏柜的托架、公共場(chǎng)所的一些設(shè)施（如公交汽車扶手、樓梯扶手、電話亭、護(hù)欄等）為杜絕交叉感染也應(yīng)使用抗菌不銹鋼［5］。含銅抗菌不銹鋼的鋼種及用途見(jiàn)表1，抗菌不銹鋼的抗菌性能見(jiàn)表2。

表1　含銅不銹鋼的種類及用途

家電行業(yè)是推動(dòng)抗菌不銹鋼制品產(chǎn)業(yè)化的先鋒，海爾、伊萊克斯、西門子等知名制造商在市場(chǎng)中極為活躍。

2　抗菌不銹鋼技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代，日本日新制鋼公司開(kāi)發(fā)出含銅的低碳鐵素體系抗菌不銹鋼（17Cr-1.5Cu）、含銅馬氏體系抗菌不銹鋼（0.3C-13Cr-3Cu）和加工性良好的奧氏體型抗菌不銹鋼NSSAM4。

2000年，日本川崎鋼鐵公司在SUS430不銹鋼中添加銀，制備出含銀的抗菌不銹鋼材料，并開(kāi)發(fā)出奧氏體加銀抗菌不銹鋼，這些含銀不銹鋼制品的主要銷售對(duì)象是食品加工廠。

2002年，日本大阪府立工業(yè)?？茖W(xué)校將水霧化18-8型奧氏體不銹鋼粉末與銅粉采用注射成型（MIM）工藝研制出加銅抗菌不銹鋼。

2005年，中國(guó)臺(tái)灣的技術(shù)人員研究了含銅304抗菌不銹鋼，結(jié)果表明，304抗菌不銹鋼中銅的最佳加入量為3.5%。此后，日本愛(ài)知鋼公司、日本深海金屬公司、日本鋼管公司、日本大同鋼板公司、新日本制鐵公司以及美國(guó)維克費(fèi)爾德市阿金公司先后研制出在不同加工工藝下的抗菌不銹鋼［7］。

表2　抗菌不銹鋼的抗菌性能［6］

我國(guó)在抗菌材料領(lǐng)域的研究和應(yīng)用雖然起步較晚，但在抗菌不銹鋼的工藝性能研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)領(lǐng)域發(fā)展迅速。2000年以來(lái)，中國(guó)科學(xué)院的楊柯研究員等人相繼開(kāi)發(fā)了0Crl7鐵素體抗菌不銹鋼和0Crl8Ni9奧氏體抗菌不銹鋼，不僅從組織和性能上對(duì)抗菌不銹鋼進(jìn)行了研究，而且對(duì)抗菌不銹鋼的抗菌特性也進(jìn)行了充分的研究，極大地推動(dòng)了國(guó)內(nèi)抗菌不銹鋼的研究進(jìn)展，特別是所研制的0Crl8Ni9含鈰抗菌不銹鋼，無(wú)需時(shí)效熱處理就具有極其優(yōu)異的抗菌性能。

2005年，太原鋼鐵成功研制出鐵素體抗菌不銹鋼和奧氏體抗菌不銹鋼，隨后，上海寶鋼、浙江興利特鋼有限公司、湖南泰鑫瓷業(yè)有限公司研制生產(chǎn)出各種具有抗菌性能的不銹鋼制品。鐵素體抗菌不銹鋼NSS-AMl對(duì)各種細(xì)菌都具有良好的抗菌效果，用于全自動(dòng)洗衣機(jī)、食品冷藏車、食品冷庫(kù)及商業(yè)廚房設(shè)備等方面效果非常好。馬氏體抗菌不銹鋼NSS-AM2適用于菜刀、廚房用剪刀等家用刀具的加工制造。奧氏體抗菌不銹鋼NSS-AM3適用于廚房器具、食品和醫(yī)療設(shè)施及有關(guān)設(shè)備。

目前對(duì)抗菌不銹鋼的研究主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：①整體系抗菌不銹鋼。由于整體系抗菌不銹鋼在不銹鋼基體中添加了銀、銅元素，因此提高了制造成本。在不銹鋼基體整體添加銅元素會(huì)影響鑄坯，從而使不銹鋼材料在連鑄和軋制時(shí)形成微裂紋。此外，整體系摻銀抗菌不銹鋼由于銀容易氧化而會(huì)變色。②表面改性抗菌不銹鋼。表面改性抗菌不銹鋼雖然工藝比整體系抗菌不銹鋼簡(jiǎn)單，且銀、銅等的消耗量也少，但是由于加工材料的尺寸、形狀多樣化，處理設(shè)備往往受到限制，難以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。此外，抗菌離子與不銹鋼的結(jié)合力不夠強(qiáng)，抗菌性能會(huì)隨著材料表面的磨損而降低，這些都是亟需解決的。③抗菌機(jī)制研究。目前對(duì)抗菌不銹鋼抗菌機(jī)制的研究還處于探索階段，大多是從材料學(xué)的角度開(kāi)展。由于抗菌不銹鋼涉及材料學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，需要從生物、醫(yī)學(xué)角度深入研究抗菌原理及是否對(duì)人體有害。④抗菌不銹鋼相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究。目前國(guó)外針對(duì)抗菌不銹鋼專門成立了協(xié)會(huì)，并制訂了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)在抗菌不銹鋼領(lǐng)域發(fā)展時(shí)間較短，對(duì)不銹鋼材料抗菌能力評(píng)價(jià)的指標(biāo)（MBC、MIC）還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，針對(duì)不同類型的抗菌不銹鋼也無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依，因此制訂我國(guó)在抗菌不銹鋼領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)也是一項(xiàng)重要的工作［8］。

綜上所述，各種抗菌不銹鋼各有其特點(diǎn)，但一種抗菌元素和抗菌相具有全部?jī)?yōu)點(diǎn)是不可能的，因此開(kāi)發(fā)復(fù)合型的抗菌不銹鋼材料是今后抗菌不銹鋼發(fā)展的趨勢(shì)之一。

與此同時(shí)，開(kāi)發(fā)對(duì)多種細(xì)菌和真菌具有持久的抗菌性且能夠大規(guī)模生產(chǎn)的不銹鋼材料是今后研究的重點(diǎn)。對(duì)于某些領(lǐng)域而言，只需要對(duì)單種細(xì)菌作用，因此也可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)。降低材料的成本、拓寬抗菌不銹鋼材料的應(yīng)用領(lǐng)域也是今后需努力的方向。此外，抗菌不銹鋼的抗菌機(jī)制，抗菌相析出的最佳條件，抗菌性能與抗菌相形態(tài)、大小、含量的關(guān)系，抗菌性能與時(shí)間的關(guān)系，抗菌材料的人體安全性等都有待深入研究。隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展及人民生活水平的提高，對(duì)抗菌不銹鋼的研究和開(kāi)發(fā)必將不斷深入。

3　抗菌不銹鋼市場(chǎng)現(xiàn)狀

我國(guó)目前的抗菌制品發(fā)展滯后，不僅品種少于國(guó)外，總產(chǎn)量也遠(yuǎn)低于國(guó)外，2000年的統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)抗菌制品的年產(chǎn)值只有國(guó)際同類產(chǎn)品的1%，因此抗菌制品發(fā)展空間廣闊。隨著國(guó)民收入的增加和抗菌意識(shí)的增強(qiáng)，抗菌制品的銷售一定會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)勁增長(zhǎng)，尤其是抗菌不銹鋼產(chǎn)品適用范圍極廣，能夠涵蓋現(xiàn)有抗菌制品無(wú)法涵蓋的應(yīng)用領(lǐng)域，抗菌不銹鋼市場(chǎng)能夠順利拓展并不斷擴(kuò)大是勿庸置疑的。

涂層型抗菌不銹鋼需要先經(jīng)預(yù)處理（如酸洗、堿洗），再噴以漆膜和光催化劑等進(jìn)行高溫烘烤，不僅工序煩復(fù)，而且成本也非常高，提供給用戶的目前只有成型板材，不宜用于成型器皿和零部件。相比于涂層型抗菌不銹鋼，抗菌氧化膜不銹鋼具有很好的加工性能，能夠承受180°彎曲和深拉延、模壓加工等，既適于制成板材、帶材、線材，又適于制成各種大小異型零件，幾乎不受材料限制（無(wú)論鐵素體、奧氏體、馬氏體），也不受零件大小和形狀限制，可以大大拓展抗菌不銹鋼的應(yīng)用范圍。

合金型抗菌不銹鋼目前報(bào)道的有加銅抗菌不銹鋼和加銀抗菌不銹鋼兩種。加銅抗菌不銹鋼銅加入量多，不僅成本高，而且在某些介質(zhì)中不耐腐蝕，尤其是點(diǎn)蝕比較嚴(yán)重?？咕趸げ讳P鋼則具有很好的耐腐蝕性，根據(jù)常州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所檢驗(yàn)，抗菌氧化膜不銹鋼鹽霧試驗(yàn)等級(jí)為10級(jí)，而SUS316不銹鋼只有4～8級(jí)。

2015年從中科院金屬研究所獲悉，由楊柯研究員帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)與中科普金、太原鋼鐵合作，成功生產(chǎn)出40 t級(jí)規(guī)模的304型含銅抗菌不銹鋼板材。工業(yè)化規(guī)模抗菌不銹鋼試生產(chǎn)的成功，標(biāo)志著我國(guó)已具備大規(guī)模推廣并應(yīng)用抗菌不銹鋼材料的能力。

據(jù)了解，此次合作生產(chǎn)出的抗菌不銹鋼板材的寬度為1 200 mm，有2.5 mm、1.0 mm、0.8 mm、0.5 mm和0.4 mm等不同厚度。這批板材在滿足常規(guī)力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)中科院理化技術(shù)研究所的抗菌性能檢測(cè)，具有優(yōu)異的抗菌性能。中國(guó)食品藥品檢定研究院的檢測(cè)結(jié)果表明，在有害金屬離子釋放、細(xì)胞毒性等人體安全性方面，該板材完全符合國(guó)家規(guī)定的安全范圍要求［9］。

楊柯團(tuán)隊(duì)在我國(guó)最早開(kāi)發(fā)出奧氏體、鐵素體、馬氏體、雙相等結(jié)構(gòu)的系列抗菌不銹鋼新材料，通過(guò)在現(xiàn)有不銹鋼材料中加入適量的抗菌金屬（如銅、銀等），使不銹鋼整體產(chǎn)生強(qiáng)烈、廣譜和持久的抗菌功能。他們研發(fā)的新型不銹鋼既可作為結(jié)構(gòu)材料和裝飾美化材料，同時(shí)也具有殺菌或抑菌的自清潔功能。

目前，國(guó)內(nèi)許多投資者及相關(guān)企業(yè)都對(duì)抗菌不銹鋼產(chǎn)品的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用表現(xiàn)出極大興趣，已有多家企業(yè)與中科院金屬研究所進(jìn)行初步合作，生產(chǎn)出抗菌不銹鋼系列產(chǎn)品，如水槽、空調(diào)托盤、餐具、洗衣機(jī)滾筒、手術(shù)器械、骨科植入物產(chǎn)品等，減少了我國(guó)對(duì)這些抗菌不銹鋼產(chǎn)品的進(jìn)口數(shù)量，提高了國(guó)產(chǎn)化率。

當(dāng)前在抗菌不銹鋼市場(chǎng)上，添加1.5%～4.0%銅的抗菌不銹鋼已具有相當(dāng)優(yōu)越的抗菌效果，但是在不銹鋼中添加較大量銅時(shí)往往會(huì)損害鋼的耐蝕性，為此，日本的川崎鋼鐵公司研究了多種金屬離子的抗菌效果，開(kāi)發(fā)成功加銀微細(xì)彌散型抗菌不銹鋼系列，并與傳統(tǒng)18-8型不銹鋼進(jìn)行了比較研究。研究用的鋼試樣是由川崎鋼鐵公司生產(chǎn)的加銀抗菌不銹鋼和SUS304不銹鋼，其連鑄坯經(jīng)熱軋、退火后冷軋成0.7 mm板材，再結(jié)晶退火后加以酸洗，進(jìn)行抗菌性和耐蝕性研究［10］。

中國(guó)的不銹鋼消費(fèi)量已經(jīng)是全球第一，國(guó)內(nèi)外大量資本涌入該行業(yè)以搶占中國(guó)市場(chǎng)。該行業(yè)的特點(diǎn)是資本密集和規(guī)模效益，作為中國(guó)最大的不銹鋼企業(yè)，太原鋼鐵擔(dān)負(fù)著整個(gè)國(guó)內(nèi)不銹鋼行業(yè)的重?fù)?dān)。2005年，太原鋼鐵成功研制出鐵素體抗菌不銹鋼（TKJF系列）和奧氏體抗菌不銹鋼（TKJA系列），而世界上只有日本擁有類似的加工技術(shù)，太原鋼鐵由此填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)抗菌不銹鋼材料的空白。太原鋼鐵緊接著又研發(fā)了Crl3型TKJF-2和奧氏體TKJA-1，使抗菌不銹鋼的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展。

不銹鋼材料正被廣泛應(yīng)用于人們的日常生活，抗菌不銹鋼材料的應(yīng)用將會(huì)大大改善人們的環(huán)境衛(wèi)生和健康指數(shù)。

抗菌不銹鋼與傳統(tǒng)不銹鋼相比，耐蝕性能有增無(wú)減，物理性能基本相當(dāng)，力學(xué)性能稍有變化。不銹鋼中加入銅對(duì)熱加工不利，對(duì)冷加工利大于弊。隨著含銅量的增大，熱加工時(shí)要考慮降低加熱溫度，工藝操作不當(dāng)易造成鋼坯角裂和表面裂紋。此外，抗菌不銹鋼的拉拔塑性和承受深度冷加工的性能明顯改善。

銅是抗菌的關(guān)鍵元素，加多少既要考慮抗菌性，又要保證鋼具有良好穩(wěn)定的加工性能。銅的最佳加入量因鋼種而異，日本日新制鋼開(kāi)發(fā)的抗菌不銹鋼，鐵素體鋼中加銅1.5%，馬氏體鋼中加銅3%，奧氏體鋼中加銅3.8%。

抗菌不銹鋼具有不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)和良好的抗菌性能，鋼絲行業(yè)應(yīng)注重醫(yī)療器械用馬氏體抗菌不銹鋼絲、織網(wǎng)用奧氏體抗菌不銹鋼絲和清潔球用鐵素體抗菌不銹鋼絲的開(kāi)發(fā)。

為促進(jìn)抗菌不銹鋼的發(fā)展，我國(guó)在JIS Z2801—2000《抗菌加工產(chǎn)品 抗菌性試驗(yàn)方法、抗菌效果》和QB/T2591—2003《抗菌塑料 抗菌性能試驗(yàn)方法和抗菌效果》的基礎(chǔ)上，制定了抗菌性能標(biāo)準(zhǔn)GB/T

24170—2009《表面抗菌不銹鋼 第1部分：電化學(xué)法》。表面抗菌不銹鋼抗菌性能標(biāo)準(zhǔn)的制定，為抗菌不銹鋼產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用注入了新的活力。

4　結(jié)束語(yǔ)

抗菌不銹鋼具有良好長(zhǎng)效的抗菌性能，在國(guó)外已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，并在食品、醫(yī)療、衛(wèi)生領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)在抗菌材料領(lǐng)域的研究和應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展迅速。隨著人們生活水平的不斷提高和防菌抗菌意識(shí)的不斷增強(qiáng)，抗菌不銹鋼的應(yīng)用前景將更加廣闊。

［1］楊曉龍，袁宗謙，吳鎮(zhèn)宇.抗菌不銹鋼的研究進(jìn)展［J］.銅鐵研究學(xué)報(bào)，2012，24（6）：1-5.

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In recent years，the developed antibacterial stainless steel shows very broad potential applications. Antibacterial stainless steel takes stainless steel as the carrier to add some antibacterial metallic elements（such as copper，silver）as antibacterial agents so that the stainless steel features corrosion resistance and excellent antibacterial properties.Reviewed antibacterial stainless steel from several aspects including an overview of antibacterial stainless steel，the status quoboth here and abroad，the market situation etc.

抗菌不銹鋼；現(xiàn)狀；市場(chǎng)；應(yīng)用

AntibacterialStainless Steel；Status Quo；Market；Application

TH142；TG142.7'

A

1672-0555（2016）02-068-05

2015年10月

張文毓（1968—）女，本科，主要從事情報(bào)研究工作