外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢的表面钝化处理方法与流程

本发明属于抗菌不锈钢材料表面处理技术领域，具体涉及一种外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢的表面钝化处理方法。

背景技术：

外科手术器械用不锈钢多采用马氏体型不锈钢，如2Cr13、3Cr13和PH17-4等。马氏体型抗菌不锈钢是依据现有普通不锈钢基础上添加适量铜的一类生物功能一体化新材料，其基本理化性能与普通不锈钢相当。马氏体型不锈钢的一个突出优点是具有较好的强度，可以用来加工成切削剪切类型要求具有较好硬度和耐磨性的手术器械。但由于其使用和消毒环境一般都含有一定腐蚀性介质，在使用过程中，外科手术器械常常会发生腐蚀，影响其使用性能。

为了提高外科手术器械用不锈钢产品的耐蚀性，现有的做法常常是采用表面镀铬的处理办法，这一方法对于抗菌不锈钢外科手术器械来说，存在两个重要的缺点：一是表面镀铬虽然大幅提高的不锈钢材料的耐蚀性能，但由于镀铬层的出现，阻挡了抗菌不锈钢抗菌元素Cu离子通过表面向环境介质扩散，也就是说，抗菌性能大幅下降；二是传统的镀铬工艺存在重金属Cr超标带来生物安全性的问题。

另一个重要的处理方法是表面钝化，它可以有效避免重金属Cr超标带来的安全风险。但表面钝化对于抗菌不锈钢而言，由于其材料表面形成了较为致密的富Cr的氧化层，仍会一定程度上阻碍铜在钝化层中的扩散，降低材料的抗菌性能。

综上所述，本发明提供了一种抗菌不锈钢的表面钝化处理方法，将在很大程度上解决现有耐蚀和抗菌相互矛盾的现状，对于促进抗菌不锈钢这一类材料在外科手术器械中的应用起到积极的作用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢的表面钝化处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢的表面钝化处理方法，其钝化处理方法为：

将抗菌不锈钢外科手术器械放入上述钝化液中，钝化处理温度设定为85～95℃，钝化时间为0.2～0.5h，之后水洗，即整个钝化过程结束。

优选的，所述抗菌不锈钢的表面钝化处理方法中使用的钝化液是以无水硫酸铜和硝酸水溶液为原料混合而成。

优选的，所述钝化液的配比按重量百分比计算为：无水硫酸铜：1.5×10^-3～2.5×10^-3g/L；硝酸：25～35g/L；去离子水：补余量g/L。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明钝化处理方法可使得抗菌不锈钢材料在保持抗菌功能的前提下提高材料的耐蚀性，可提高抗菌不锈钢材料在医用领域的广泛使用。

2、本发明钝化处理方法不仅具有长效的抗菌功能，且是生物安全的。

附图说明

图1为本发明实施例和对比例的钝化参数以及钝化液成分示意图；

图2为本发明实施例和对比例抗菌不锈钢的性能测试实验结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本具体实施方式采用以下技术方案：外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢的表面钝化处理方法为：将抗菌不锈钢外科手术器械放入上述钝化液中，钝化处理温度设定为85℃，钝化时间为0.2h，之后水洗，即整个钝化过程结束。

所述钝化液的配比按重量百分比计算为：无水硫酸铜：1.5×10^-3g/L；硝酸：25g/L；去离子水：补余量g/L。

实施例2：

本具体实施方式采用以下技术方案：外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢的表面钝化处理方法为：将抗菌不锈钢外科手术器械放入上述钝化液中，钝化处理温度设定为90℃，钝化时间为0.3h，之后水洗，即整个钝化过程结束。

所述钝化液的配比按重量百分比计算为：无水硫酸铜：2.0×10^-3g/L；硝酸：30g/L；去离子水：补余量g/L。

实施例3：

本具体实施方式采用以下技术方案：外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢的表面钝化处理方法为：将抗菌不锈钢外科手术器械放入上述钝化液中，钝化处理温度设定为95℃，钝化时间为0.5h，之后水洗，即整个钝化过程结束。

所述钝化液的配比按重量百分比计算为：无水硫酸铜：2.5×10^-3g/L；硝酸：35g/L；去离子水：补余量g/L。

本发明钝化处理方法形成的钝化膜组分包含有Cu和Cr的氧化物，其中Cr的氧化物的存在能够保证有效的耐蚀性能，当钝化处理后的材料与溶液介质接触时，富铜的氧化物又可以部分溶解释放抗菌铜离子参与细菌杀灭过程。因此该钝化处理可保证抗菌不锈钢外科手术器械同时具有良好的耐蚀和抗菌性能。

在本发明的外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢的表面钝化处理方法钝化液中，无水硫酸铜是钝化液中重要的抗菌化学试剂，这一常识性抗菌溶液在本钝化过程中的作用在于：硝酸溶液能够优先与钢基体材料中的Cr元素反应生成Cr₂O₃，一定浓度的硫酸铜中的铜离子依靠布朗运动沉积在富Cr的钝化膜中，并与氧结合形成CuO。当与外界溶液介质环境接触时，钝化膜中的CuO首先分解成Cu离子，释放出来参与杀菌。由于钝化膜始终处于亚稳态，抗菌不锈钢表面Cu离子溶度和钝化膜中的Cu离子浓度保持基本一致。依据质量守恒作用，当不锈钢钝化膜中Cu离子发生质量迁移时，不锈钢基体上的铜离子依据浓度梯度不断向钝化膜中补充Cu离子已保持平衡。因此本发明中无水硫酸铜的加入量和后续钝化温度和钝化时间的合理选择，可以使得抗菌不锈钢的抗菌钝化层保持稳定，有利于其长期使用，提高耐用性。因此，硝酸溶液中的硫酸铜溶液的设计就显得尤为重要，当超过2.5×10^-3g/L时，会导致抗菌不锈钢钝化层中富集过量的Cu离子而影响生物安全性能；但小于1.5×10^-3g/L时，又由于抗菌不锈钢钝化层中Cu浓度较低而影响其抗菌性能和钝化膜的稳定性。

本发明的钝化处理温度设定为85～95℃，钝化时间为0.2～0.5h，是兼顾优化的抗菌性能和耐蚀性能；因为过低的钝化温度会延长钝化时间，降低生产效率；过高的钝化温度会带来钝化液的挥发，影响钝化效果。钝化时间是在钝化温度基础上选择的，由于钝化过程钝化膜的形成是较短时间内形成的，较长的钝化时间并不能增加膜的致密性和铜在膜中的沉积浓度。但时间太短，又不能达到较稳定的钝化效果。

参看图1、图2，本具体实施方式对抗菌不锈钢外科手术器械的钝化处理工艺，实施例和对比例均采用2Cr13Cu抗菌不锈钢作为实验材料。把抗菌不锈钢手术器械放置与图1所列的钝化液中，采用图1所述的钝化温度和钝化时间。

1、抗菌性能检测

根据“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准规定，定量测试了图1所示钝化方法处理后的医用不锈钢对常见感染菌(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌)作用后的杀菌率。体外抗菌性能检测结果见图2，其中杀菌率的计算公式为：杀菌率(％)＝[(对照样品活菌数-钝化处理不锈钢活菌数)/对照样品活菌数]×100％，对照样品活菌数是一般钝化处理不锈钢样品上进行细菌培养后的活菌数，钝化处理不锈钢活菌数是指钝化处理不锈钢上进行细菌培养后的活菌数。

2、耐腐蚀性能

根据不锈钢点蚀电位测量方法(国家标准：GB/T 17899-1999)对本发明实施例及对比例不锈钢进行阳极极化曲线测试，测试结果见图2。

3、生物安全性评价

根据国标GBT16886.5-2003医疗器械生物学评价，对实施例和对比例不锈钢对L929(小鼠成纤维细胞)在1-7天的细胞毒性进行了评价。细胞相对增殖率越高和细胞毒性级别数值越小，生物安全性能越优。结果见图2。

从图2的结果可以看出，本发明实施例1-3钝化处理后的抗菌不锈钢抗菌性能、耐蚀性能以及生物安全性能均具有良好的性能表现。而对比例相较于实施例，在不同性能中均有不足。

通过以上分析可知，只有在本发明中规定的钝化液、钝化时间和温度达到一个合理范围，它们之间相互配合，才能使得外科手术器械用马氏体型抗菌不锈钢具备耐蚀性的同时，又具备良好的抗菌性能和生物安全性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。