[发明专利]一种具备抗菌、抗病毒功能的冷喷涂含铜不锈钢涂层

说明书

本发明目的在于提供一种具备抗菌、抗病毒功能的冷喷涂含铜不锈钢涂层及其制备工艺，赋予公共环境中门把手、扶手或栏杆等公共设施在2小时内即可对于环境中较高浓度的细菌和病毒产生有效的抑制作用，在4小时内使得抗菌率达到99.9％，病毒抑制率达到90％以上。所述含铜不锈钢涂层采用304L不锈钢和纯Cu粉末混合制备而成，通过控制粉体混合的速度与时间，冷喷涂的载气温度、喷涂距离、喷涂压力和送粉温度，获得具有长效抗菌、抗病毒功能的冷喷涂涂层。所述冷喷涂制备工艺简单可行，适用于生产线的大规模推广。在大幅度提高基体材料耐腐蚀性能的同时，能够从根本上抑制生活环境中细菌及病毒的附着及繁殖，从根源上切断微生物在公共区域的传播链条。

技术领域

本发明属于冷喷涂涂层及其制备方法技术领域，具体涉及一种具备抗菌、抗病毒功能的冷喷涂含铜(Cu)不锈钢涂层及其制备方法。

背景技术

现代建筑及装饰装潢中，门把手或扶手多数采用锌合金、铝合金制备而成，这些材料的优点是美观大方，坚固耐用。但是，传统的门把手在长期使用后，多种微生物(包括细菌与病毒)会残留在其表面，即使经过简单擦拭，仍会有部分细菌及病毒无法被去除，进而导致后续使用者的交叉感染问题。通过表面与手的接触，手与身体粘膜组织的接触，形成细菌与病毒传播的完整途径。此外，传统的门把手在潮湿的空气中滋生细菌后，会产生腐蚀现象，原本较小的点腐蚀会随着腐蚀程度的不断增加蔓延成大片的锈蚀，严重影响了铝合金、锌合金的使用和装饰效果。因此，提高或赋予门把手防腐、抗菌、抗病毒功能，将会有效地降低由触摸门把手或扶手所带来的健康威胁，并提高其使用耐久度。

合适的表面处理方法，可以赋予基体材料所不具备的生物功能，同时能够保持基体材料原有的物理性能。20世纪以来，Champagne和Helfritch 采用冷喷涂的方式制备了纯Cu涂层，使其具备高效优异的抗菌性能，并讨论了采用热喷涂(等离子喷涂与电弧喷涂)工艺制备的纯Cu涂层与冷喷涂 Cu涂层抗菌性能表现的差异性。随后，Sundberg等人将原有微生物范围从细菌扩展到了病毒，结果发现无论是纳米级还是传统的冷喷涂Cu涂层，其对甲型流感病毒(Influenza A)的活性均起到了抑制作用，抑制率可达到 99.3％。但是，在提供抗菌、抗病毒功能的同时，纯Cu冷喷涂涂层无法提高传统门把手的耐腐蚀性能与保证金属银色光泽的美观性。因此，需要对冷喷涂涂层的成分与制备工艺进一步改进。

众所周知，含Cu不锈钢是一类具备较高耐腐蚀性能、广谱抗菌性能的新型不锈钢材料，它可以抑制细菌生物膜的形成，具有良好的生物相容性。其与纯Cu冷喷涂涂层对微生物的作用方式相同，都是通过释放出的Cu离子与微生物相互作用，最终导致其活性被抑制或杀灭。因而，含Cu不锈钢在保证了基体材料的耐腐蚀性能的同时，赋予了其优异的抗菌功能与潜在的抗病毒功能。含Cu不锈钢基体是否容易释放Cu离子及是否容易扩散到与表面接触微生物的能力，决定了微生物的活性受到抑制是否可以实现的基础。

基于上述背景，采用成熟的冷喷涂技术在传统门把手或扶手表面制备含铜不锈钢涂层，可以打破冶炼过程中合金元素溶解度限制，通过调整粉体中元素比例，来获得所期望的成分，且不需要考虑加工成型过程。则可以在大幅度提高基体材料耐腐蚀性能的同时，能够从根本上抑制生活环境中细菌及病毒的附着及繁殖，从根源上切断微生物在公共区域的传播链条。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有抗菌、抗病毒功能的含铜不锈钢涂层及冷喷涂制备方法。所述含Cu不锈钢冷喷涂涂层能够有效且快速地抑制环境中高浓度细菌(1×10⁵～2×10⁵CFU/mL)、高浓度致病病毒 (6×10⁶～7×10⁶TCID50/mL)的活性，切断致病微生物的传播可能性，显著降低门把手或扶手在使用过程中引发的细菌及病毒传播风险。

本发明通过冷喷涂技术在由铝合金、锌合金制备而成的门把手或扶手表面制备含铜不锈钢涂层，使其具有快速、长效的抗菌、抗病毒功能，从而能够广泛地应用于包含致病微生物传播的公共设施中。