抗菌不锈钢的应用进展

□张文毓

中国船舶重工集团公司 第七二五研究所 河南洛阳 471023

抗菌不锈钢的应用进展

□张文毓

中国船舶重工集团公司 第七二五研究所 河南洛阳 471023

近年来已经开发出的抗菌不锈钢，其应用前景十分广阔。抗菌不锈钢以不锈钢为载体，添加一些抗菌金属元素（如铜、银）作为抗菌剂，既具有不锈钢的耐蚀性能，又具有优良的抗菌性能。从抗菌不锈钢原理、国内外现状、市场现状等几方面对抗菌不锈钢进行了综述。

1　抗菌不锈钢概述

1.1抗菌不锈钢定义

在普通不锈钢内添加一定量的抗菌金属元素（如银、铜）等，控制冶炼、铸造、锻压、轧制及热处理过程，使抗菌金属元素在不锈钢基体内以一定的大小、形态均匀析出，并保证析出相的体积百分比，在不降低普通不锈钢力学性能和抗腐蚀性能的前提下，赋予其优异的抗菌性能，这就是抗菌不锈钢。

1.2抗菌不锈钢抗菌机制

抗菌不锈钢主要利用不锈钢表面的光触媒或金属离子对细菌的抑制或杀灭作用来实现抗菌。

1.3抗菌不锈钢的种类

抗菌不锈钢按制造方法的不同，可分为表面涂层抗菌不锈钢、复合抗菌不锈钢、表面改性抗菌不锈钢及添加抗菌金属元素的合金型抗菌不锈钢等［1］。

1.4抗菌不锈钢性能特点

合金型抗菌不锈钢的产品优点如下：①广谱抗菌性，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等常见病菌均具有良好的抗菌效果；②抗菌持久性，长期使用表面磨损后仍保持良好的抗菌性能；③人体安全性，在食品安全性和人体安全性方面完全符合相关技术标准；④成本增加较少，与常规不锈钢相比，含铜抗菌不锈钢成本增加10%～20%，含银抗菌不锈钢成本增加20%～40%［2］。

1.5抗菌不锈钢的制备方法

目前，抗菌不锈钢的制备方法主要有：①在不锈钢基体中整体添加抗菌金属元素；②不锈钢表面改性；③不锈钢表面涂层；④不锈钢与具有抗菌功能的金属板复合。

1.6抗菌不锈钢的应用

近年来，抗菌不锈钢越来越为人们所关注，逐渐成为钢铁企业、科研单位研发和生产的热点。20世纪90年代，日本日新制钢公司先后成功开发了具有良好加工性和抗菌性的铁素体抗菌不锈钢，以及马氏体和奥氏体抗菌不锈钢，随后日本川崎钢铁公司扩充了银系抗菌不锈钢的品种。日本生产的铁素体、奥氏体和马氏体抗菌不锈钢已在家电、厨房用具、刀具等方面应用或推广。韩国、美国及加拿大等国也在积极开发抗菌不锈钢。

日本的日新钢铁公司开发成功一种加工性更好的高加工性奥氏体抗菌不锈钢NSSAM4，适用于高级厨房用具［3］。

日本爱知钢公司开发了用于加工菜肴的抗菌刀具材料和抗菌性优良的复合不锈钢板。在日本，抗菌产品每年以30%的速度递增。

目前，国内很多企业和研究院所也在积极致力于抗菌不锈钢的研发。中科院金属研究所、太原钢铁集团有限公司等单位已经开发了合金型铁素体和奥氏体抗菌不锈钢。浙江天宝实业有限公司等已生产出合金型奥氏体抗菌不锈钢制品。常州大平新型不锈钢制品有限公司在近期成功推出使用表面镀银抗菌不锈钢生产的餐厨具等制品，目前正在大力拓展市场。宝钢对抗菌不锈钢进行了相当广泛的研究与开发，一系列含铜、含银的抗菌不锈钢已经研制成功，并申请了多项专利。从2009年起，宝钢批量生产中铬铁素体抗菌不锈钢（牌号：B430KJ），产品质量稳定、性能优良，目前已用于制造餐厨具制品、洗衣机滚筒、洗碗机内壁及空调部件等［4］。

随着不锈钢在人们生活中的广泛应用，抗菌不锈钢应用领域也逐步扩展，特别是合金型抗菌不锈钢以其成本低、抗菌性能佳的优势而更受欢迎。例如铁素体抗菌不锈钢可用于餐厨具、家电等方面，奥氏体抗菌不锈钢可应用于餐厨具、家电、食品工业、医疗器械等方面，马氏体抗菌不锈钢可用于制造餐厨刀具等。总之，随着社会的不断进步，人们的生活水平逐渐提高，防菌、抗菌的健康意识逐渐增强，对抗菌产品的需求不断增大，抗菌不锈钢的开发和应用前景必将十分广阔。

抗菌不锈钢应用范围极广，如啤酒、奶类、制药等企业的设备管道和储罐、厨房用具及餐具、洗衣机、家用器具、医疗器械、食品工业的工作台及器皿等。日常生活中的毛巾架、冷藏柜的托架、公共场所的一些设施（如公交汽车扶手、楼梯扶手、电话亭、护栏等）为杜绝交叉感染也应使用抗菌不锈钢［5］。含铜抗菌不锈钢的钢种及用途见表1，抗菌不锈钢的抗菌性能见表2。

表1　含铜不锈钢的种类及用途

家电行业是推动抗菌不锈钢制品产业化的先锋，海尔、伊莱克斯、西门子等知名制造商在市场中极为活跃。

2　抗菌不锈钢技术国内外现状

20世纪90年代，日本日新制钢公司开发出含铜的低碳铁素体系抗菌不锈钢（17Cr-1.5Cu）、含铜马氏体系抗菌不锈钢（0.3C-13Cr-3Cu）和加工性良好的奥氏体型抗菌不锈钢NSSAM4。

2000年，日本川崎钢铁公司在SUS430不锈钢中添加银，制备出含银的抗菌不锈钢材料，并开发出奥氏体加银抗菌不锈钢，这些含银不锈钢制品的主要销售对象是食品加工厂。

2002年，日本大阪府立工业专科学校将水雾化18-8型奥氏体不锈钢粉末与铜粉采用注射成型（MIM）工艺研制出加铜抗菌不锈钢。

2005年，中国台湾的技术人员研究了含铜304抗菌不锈钢，结果表明，304抗菌不锈钢中铜的最佳加入量为3.5%。此后，日本爱知钢公司、日本深海金属公司、日本钢管公司、日本大同钢板公司、新日本制铁公司以及美国维克费尔德市阿金公司先后研制出在不同加工工艺下的抗菌不锈钢［7］。

表2　抗菌不锈钢的抗菌性能［6］

我国在抗菌材料领域的研究和应用虽然起步较晚，但在抗菌不锈钢的工艺性能研究和产品开发领域发展迅速。2000年以来，中国科学院的杨柯研究员等人相继开发了0Crl7铁素体抗菌不锈钢和0Crl8Ni9奥氏体抗菌不锈钢，不仅从组织和性能上对抗菌不锈钢进行了研究，而且对抗菌不锈钢的抗菌特性也进行了充分的研究，极大地推动了国内抗菌不锈钢的研究进展，特别是所研制的0Crl8Ni9含铈抗菌不锈钢，无需时效热处理就具有极其优异的抗菌性能。

2005年，太原钢铁成功研制出铁素体抗菌不锈钢和奥氏体抗菌不锈钢，随后，上海宝钢、浙江兴利特钢有限公司、湖南泰鑫瓷业有限公司研制生产出各种具有抗菌性能的不锈钢制品。铁素体抗菌不锈钢NSS-AMl对各种细菌都具有良好的抗菌效果，用于全自动洗衣机、食品冷藏车、食品冷库及商业厨房设备等方面效果非常好。马氏体抗菌不锈钢NSS-AM2适用于菜刀、厨房用剪刀等家用刀具的加工制造。奥氏体抗菌不锈钢NSS-AM3适用于厨房器具、食品和医疗设施及有关设备。

目前对抗菌不锈钢的研究主要存在以下几个问题：①整体系抗菌不锈钢。由于整体系抗菌不锈钢在不锈钢基体中添加了银、铜元素，因此提高了制造成本。在不锈钢基体整体添加铜元素会影响铸坯，从而使不锈钢材料在连铸和轧制时形成微裂纹。此外，整体系掺银抗菌不锈钢由于银容易氧化而会变色。②表面改性抗菌不锈钢。表面改性抗菌不锈钢虽然工艺比整体系抗菌不锈钢简单，且银、铜等的消耗量也少，但是由于加工材料的尺寸、形状多样化，处理设备往往受到限制，难以进行大规模生产。此外，抗菌离子与不锈钢的结合力不够强，抗菌性能会随着材料表面的磨损而降低，这些都是亟需解决的。③抗菌机制研究。目前对抗菌不锈钢抗菌机制的研究还处于探索阶段，大多是从材料学的角度开展。由于抗菌不锈钢涉及材料学、生物学、医学等多个领域，需要从生物、医学角度深入研究抗菌原理及是否对人体有害。④抗菌不锈钢相关标准的研究。目前国外针对抗菌不锈钢专门成立了协会，并制订了相关的标准，我国在抗菌不锈钢领域发展时间较短，对不锈钢材料抗菌能力评价的指标（MBC、MIC）还没有统一的规范，针对不同类型的抗菌不锈钢也无标准可依，因此制订我国在抗菌不锈钢领域的标准也是一项重要的工作［8］。

综上所述，各种抗菌不锈钢各有其特点，但一种抗菌元素和抗菌相具有全部优点是不可能的，因此开发复合型的抗菌不锈钢材料是今后抗菌不锈钢发展的趋势之一。

与此同时，开发对多种细菌和真菌具有持久的抗菌性且能够大规模生产的不锈钢材料是今后研究的重点。对于某些领域而言，只需要对单种细菌作用，因此也可以根据实际情况进行有针对性的开发。降低材料的成本、拓宽抗菌不锈钢材料的应用领域也是今后需努力的方向。此外，抗菌不锈钢的抗菌机制，抗菌相析出的最佳条件，抗菌性能与抗菌相形态、大小、含量的关系，抗菌性能与时间的关系，抗菌材料的人体安全性等都有待深入研究。随着我国社会的发展及人民生活水平的提高，对抗菌不锈钢的研究和开发必将不断深入。

3　抗菌不锈钢市场现状

我国目前的抗菌制品发展滞后，不仅品种少于国外，总产量也远低于国外，2000年的统计表明，我国抗菌制品的年产值只有国际同类产品的1%，因此抗菌制品发展空间广阔。随着国民收入的增加和抗菌意识的增强，抗菌制品的销售一定会出现强劲增长，尤其是抗菌不锈钢产品适用范围极广，能够涵盖现有抗菌制品无法涵盖的应用领域，抗菌不锈钢市场能够顺利拓展并不断扩大是勿庸置疑的。

涂层型抗菌不锈钢需要先经预处理（如酸洗、碱洗），再喷以漆膜和光催化剂等进行高温烘烤，不仅工序烦复，而且成本也非常高，提供给用户的目前只有成型板材，不宜用于成型器皿和零部件。相比于涂层型抗菌不锈钢，抗菌氧化膜不锈钢具有很好的加工性能，能够承受180°弯曲和深拉延、模压加工等，既适于制成板材、带材、线材，又适于制成各种大小异型零件，几乎不受材料限制（无论铁素体、奥氏体、马氏体），也不受零件大小和形状限制，可以大大拓展抗菌不锈钢的应用范围。

合金型抗菌不锈钢目前报道的有加铜抗菌不锈钢和加银抗菌不锈钢两种。加铜抗菌不锈钢铜加入量多，不仅成本高，而且在某些介质中不耐腐蚀，尤其是点蚀比较严重。抗菌氧化膜不锈钢则具有很好的耐腐蚀性，根据常州市产品质量监督检验所检验，抗菌氧化膜不锈钢盐雾试验等级为10级，而SUS316不锈钢只有4～8级。

2015年从中科院金属研究所获悉，由杨柯研究员带领的研究团队与中科普金、太原钢铁合作，成功生产出40 t级规模的304型含铜抗菌不锈钢板材。工业化规模抗菌不锈钢试生产的成功，标志着我国已具备大规模推广并应用抗菌不锈钢材料的能力。

据了解，此次合作生产出的抗菌不锈钢板材的宽度为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。这批板材在满足常规力学性能的基础上，通过中科院理化技术研究所的抗菌性能检测，具有优异的抗菌性能。中国食品药品检定研究院的检测结果表明，在有害金属离子释放、细胞毒性等人体安全性方面，该板材完全符合国家规定的安全范围要求［9］。

杨柯团队在我国最早开发出奥氏体、铁素体、马氏体、双相等结构的系列抗菌不锈钢新材料，通过在现有不锈钢材料中加入适量的抗菌金属（如铜、银等），使不锈钢整体产生强烈、广谱和持久的抗菌功能。他们研发的新型不锈钢既可作为结构材料和装饰美化材料，同时也具有杀菌或抑菌的自清洁功能。

目前，国内许多投资者及相关企业都对抗菌不锈钢产品的进一步开发和推广应用表现出极大兴趣，已有多家企业与中科院金属研究所进行初步合作，生产出抗菌不锈钢系列产品，如水槽、空调托盘、餐具、洗衣机滚筒、手术器械、骨科植入物产品等，减少了我国对这些抗菌不锈钢产品的进口数量，提高了国产化率。

当前在抗菌不锈钢市场上，添加1.5%～4.0%铜的抗菌不锈钢已具有相当优越的抗菌效果，但是在不锈钢中添加较大量铜时往往会损害钢的耐蚀性，为此，日本的川崎钢铁公司研究了多种金属离子的抗菌效果，开发成功加银微细弥散型抗菌不锈钢系列，并与传统18-8型不锈钢进行了比较研究。研究用的钢试样是由川崎钢铁公司生产的加银抗菌不锈钢和SUS304不锈钢，其连铸坯经热轧、退火后冷轧成0.7 mm板材，再结晶退火后加以酸洗，进行抗菌性和耐蚀性研究［10］。

中国的不锈钢消费量已经是全球第一，国内外大量资本涌入该行业以抢占中国市场。该行业的特点是资本密集和规模效益，作为中国最大的不锈钢企业，太原钢铁担负着整个国内不锈钢行业的重担。2005年，太原钢铁成功研制出铁素体抗菌不锈钢（TKJF系列）和奥氏体抗菌不锈钢（TKJA系列），而世界上只有日本拥有类似的加工技术，太原钢铁由此填补了国内抗菌不锈钢材料的空白。太原钢铁紧接着又研发了Crl3型TKJF-2和奥氏体TKJA-1，使抗菌不锈钢的应用范围大大扩展。

不锈钢材料正被广泛应用于人们的日常生活，抗菌不锈钢材料的应用将会大大改善人们的环境卫生和健康指数。

抗菌不锈钢与传统不锈钢相比，耐蚀性能有增无减，物理性能基本相当，力学性能稍有变化。不锈钢中加入铜对热加工不利，对冷加工利大于弊。随着含铜量的增大，热加工时要考虑降低加热温度，工艺操作不当易造成钢坯角裂和表面裂纹。此外，抗菌不锈钢的拉拔塑性和承受深度冷加工的性能明显改善。

铜是抗菌的关键元素，加多少既要考虑抗菌性，又要保证钢具有良好稳定的加工性能。铜的最佳加入量因钢种而异，日本日新制钢开发的抗菌不锈钢，铁素体钢中加铜1.5%，马氏体钢中加铜3%，奥氏体钢中加铜3.8%。

抗菌不锈钢具有不锈钢的优点和良好的抗菌性能，钢丝行业应注重医疗器械用马氏体抗菌不锈钢丝、织网用奥氏体抗菌不锈钢丝和清洁球用铁素体抗菌不锈钢丝的开发。

为促进抗菌不锈钢的发展，我国在JIS Z2801—2000《抗菌加工产品 抗菌性试验方法、抗菌效果》和QB/T2591—2003《抗菌塑料 抗菌性能试验方法和抗菌效果》的基础上，制定了抗菌性能标准GB/T

24170—2009《表面抗菌不锈钢 第1部分：电化学法》。表面抗菌不锈钢抗菌性能标准的制定，为抗菌不锈钢产品的开发与应用注入了新的活力。

4　结束语

抗菌不锈钢具有良好长效的抗菌性能，在国外已经工业化生产，并在食品、医疗、卫生领域得到广泛应用。国内在抗菌材料领域的研究和应用起步较晚，但发展迅速。随着人们生活水平的不断提高和防菌抗菌意识的不断增强，抗菌不锈钢的应用前景将更加广阔。

［1］杨晓龙，袁宗谦，吴镇宇.抗菌不锈钢的研究进展［J］.铜铁研究学报，2012，24（6）：1-5.

［2］林刚.抗菌不锈钢［J］.世界科学，2011（10）：49-50.

［3］张文毓.抗菌不锈钢的开发与应用［J］.新材料产业，2009（7）：32-35.

［4］林刚，沈继程，王如萌.抗菌不锈钢的发展与应用［J］.腐蚀与防护，2011，32（3）：210-214.

［5］丁洁，薄超斌.太钢抗菌不锈钢市场开发取得重大进展［N］.太原日报，2011-11-60（2）.

［6］吕曼祺，陈四红，董加胜，等.抗菌不锈钢及其在炊具领域中的应用［J］.五金科技，2005（5）：26-35.

［7］邱庆忠，张中秋，宋景颜.抗菌不锈钢的研究与发展现状［J］.材料研究与应用，2011，5（4）：239-242.

［8］叶丽芳，陈惠波，林照亮，等.不锈钢抗菌技术研究进展［J］.热加工工艺，2014，43（20）：10-14.

［9］郝晓明.抗菌不锈钢工业化试产成功［N］.科技日报，2015-04-15（1）.

［10］长征.抗菌性优良的银弥散型不锈钢［J］.金属功能材料，2001（6）：44-45.

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.

抗菌不锈钢；现状；市场；应用

AntibacterialStainless Steel；Status Quo；Market；Application

TH142；TG142.7'

A

1672-0555（2016）02-068-05

2015年10月

张文毓（1968—）女，本科，主要从事情报研究工作