本发明属于不锈钢加工
技术领域：
，具体涉及一种抑菌薄壁不锈钢管及其制备方法。
背景技术：
：上世纪末，ppr、pe等塑料管材及钢塑管、铝塑管等复合管材在建筑生活给水管道中得到大力发展，但此类塑料管材和复合管材普遍存在低温韧性差、易开裂等问题，在实际应用中受到限制。中国专利cn107903507b提供了一种低温韧性好的具有不锈钢效果的ppr管材，虽然解决了现有技术中低温韧性差、视觉效果单一的问题，但其产品强度和硬度仍然远低于不锈钢管。而随着供水管道的发展和人们对饮用水管道品质要求的提高，不锈钢管在建筑给水、城镇燃气、食品制药及污水处理等系统工程中的应用则越来越普遍。不锈钢管具有强度高、抗老化、环境友好、使用寿命长的优点，并且不锈钢的薄壁化还有利于减少材料消耗，降低管材制造、运输和安装成本。不锈钢种类繁多，目前不锈钢管多采用奥氏体不锈钢，其虽然有较好的抗氧化性、耐蚀性和力学性能，但相比其他不锈钢硬度偏低，且耐磨性较差，难以满足一些特殊用途的管道使用要求。采用低温化学处理技术，如低温渗氮或渗碳处理在表面形成s相硬化层，可以增强奥氏体不锈钢的表面硬度，改善其耐磨性，同时避免耐蚀性下降，但在实际应用中却发现，渗氮处理的温度较低，氮原子扩散速度慢，导致硬化层厚度较薄、承载能力低，还可能增大不锈钢管的脆性，而渗碳处理得到的耐蚀性和硬度却不如氮原子渗入形成的硬化层，无法保证使用寿命。另一方面，应用于在医疗制药、食品加工等领域的不锈钢管不仅要求管材有良好的耐蚀性能和综合力学性能，还需要有一定的抗菌功能。在不锈钢的基体或表面上添加具有抗菌作用的元素或经过特殊抗菌处理，是材料获得兼具抗菌性能和良好物理化学性能的新型不锈钢材料，已成为重要研究方向。如中国专利cn108728768b和cn108728762b中均制备了含铜抗菌不锈钢，其中铜含量均不超过5％，由于铜含量较低得不到优良的抗菌性能，因而在化学成分中添加了ga元素，但仍需要较高温度的热处理工艺使富铜相粒子析出，而在实际与食品溶液或药物试剂接触时，不锈钢中的主要元素铁也会大量溶出，一定程度上促进细菌增殖，削弱了铜离子的抗菌作用。而增大铜的含量又容易使材料在热加工时产生表面裂纹等缺陷，影响不锈钢管原有的物化性能，且大量铜离子溶出虽然有较强的抑菌效果，但也可能污染管道中的液体，导致过量的铜元素溶于水或其他溶剂中并在食品或药品中积累，带来健康和安全隐患。技术实现要素：针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种强度高、耐磨性和耐蚀性良好的抑菌薄壁不锈钢管。本发明的上述目的通过以下技术方案得以实施：一种抑菌薄壁不锈钢管，不锈钢管的表面具有抑菌强化层，所述不锈钢管包括如下重量百分比的化学成分：cr：17.50～19.50％、ni：8.00～10.50％、mo：0.20～0.40％、mn≤2.00％、si≤0.75％、n≤0.10％、c≤0.07％、p≤0.04％、s≤0.03％，余量为fe及不可避免的杂质。作为优选，本发明的抑菌强化层为l-cpa/cu/c复合薄膜。铜是不锈钢中有效的抗菌元素，但铜的加入会显著降低不锈钢的热加工性能，不利于锻造成型。本发明没有在不锈钢原料中直接添加抗菌元素，而是通过对不锈钢表面的改性处理，形成含抗菌相或抗菌物质的表面涂层，既可避免不锈钢化学成分的改变对其本身性能带来的影响，又使薄壁不锈钢管具有良好的抑菌效果。本发明在制备铜(cu)膜前先在不锈钢管表面涂覆一层木质素基阳离子聚丙烯酰胺(l-cpa)。其中，木质素本身具有三维网状结构，可吸附水中的有机物、胶体和悬浮颗粒，而聚丙烯酰胺(pam)是一种具有良好絮凝性的高分子聚合物，可溶于水，其在较低的浓度下可形成网状结构，链间机械的缠结和氢键共同形成网状节点，通过对两者的接枝改性可获得极强的絮凝和吸附作用。复合薄膜中的铜元素析出形成cu2 后与液体中存在的细菌直接接触，引起细胞膜损伤，导致细胞内容物外泄，并进一步使酶类等蛋白质变性和dna降解，达到抑制细菌生长繁殖或灭菌的目的。然而随着cu2 的长期作用，管道中的灭活细菌及分解产物不断堆积会造成医疗用水或食品溶液的二次污染，增加后续过滤除菌工艺的负担。因此，本发明在不锈钢管表面先涂覆l-cpa层，不仅可吸附大量残留微生物或蛋白质裂片，还能有效去除多余的cu2 ，避免重金属污染。作为优选，本发明l-cpa/cu/c复合薄膜为采用真空蒸发和化学气相沉积结合的方法制得。本发明还提供了一种抑菌薄壁不锈钢管的制备方法，依次包括如下步骤：s1、取废钢原料，锻造成生坯，经过固溶和时效处理，得到不锈钢板；s2、先对不锈钢板表面进行喷砂处理，再在表面涂覆木质素基阳离子聚丙烯酰胺(l-cpa)溶液，并于80～90℃下烘干；s3、将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空，通入氩气和氮气，交替打开cu靶电源和c靶电源，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；s4、将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并焊接固定，经打磨抛光，即得薄壁不锈钢管。本发明通过磁控溅射技术，在涂有l-cpa薄膜的不锈钢表面交替沉积铜薄膜和碳薄膜，其中cu是主要的抗菌元素，而c沉积可形成类金刚石(dlc)薄膜，提供较高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。本发明同时交替溅射cu粒子和c粒子可实现岛状和层状混合生长的沉积模式，既可保证cu2 析出与液体中的微生物充分接触，避免dlc薄膜的阻挡屏蔽作用，又能保证不锈钢管的机械性能。在沉积l-cpa/cu/c复合薄膜之前先对不锈钢板表面进行喷砂，不仅可起到清洁作用，获得一定的粗糙度，还能提高抗疲劳性以及不锈钢表面和涂层之间的附着力，也能有效降低冷却过程中dlc薄膜的热应力。并且，由于表面粗糙度较大，形成的l-cpa/cu/c复合薄膜没有明显的分层，而是在微观上呈现l-cpa分子链穿插于铜相和金刚石相之间，有利于保证l-cpa的絮凝吸附作用和cu元素的抗菌作用得到充分发挥。作为优选，上述步骤s1中喷砂处理采用200～300目的石英砂，喷砂时间为20～26min。作为优选，本发明中的木质素基阳离子聚丙烯酰胺通过如下方法制得：(1)将丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基氯化铵、4-氯甲基苯乙烯混合后，充入氮气，在氮气气氛中控制反应温度为50～60℃，再加入硫酸铵作为引发剂，搅拌9～12h；(2)反应结束后向产物中加入无水乙醇提取，得到预聚物，经冷冻干燥，得到阳离子聚丙烯酰胺预聚物(cpa)；(3)将cpa、酶解木质素(el)和氢氧化钠溶液混合后，在60～80℃条件下反应4～5h，得到混合溶液；(4)冷却至室温后，加入丙酮萃取，弃去上层液体，将剩余固体产物经过透析，浓缩、冷冻干燥，得到纯净的l-cpa。进一步优选，将上述步骤(4)中得到的l-cpa配制成1.2～1.8g/l的溶液，再涂覆于不锈钢板表面。作为优选，上述步骤s3中磁控溅射的功率为250～350w，溅射总时间为20～50min。进一步优选，上述步骤s3中，cu靶溅射的功率为250～295w，c靶溅射的功率为290～350w。进一步优选，上述步骤s3中，交替打开cu靶电源和c靶电源的间隔时间为5min，并且，在最后一次完成c靶溅射后关闭。射频功率在溅射镀膜过程中起到十分重要的作用。射频功率的升高会是射频偏压随着增加，增强工作气体的电离程度，同时溅射靶材表面的粒子数量和沉积粒子所带的能量也会增加。本发明采用高功率进行溅射，可大大提高沉积效率，并有效保证镀层的致密度。若射频功率较低，则入射粒子难以穿过薄膜亚表层，直接粘附在表面形成石墨相结构，无法形成均匀稳定的类金刚石薄膜。作为优选，上述步骤s3中氩气和氮气的流量比为0.3～0.4:1，在氮气含量较高时进行沉积，有助于碳粒子穿过薄膜亚表层，进入间隙位置，增大局部密度，使薄膜内部处于合成金刚石相的阶段，同时使形成的薄膜具有更好的结合力，高效稳定地形成dlc薄膜。作为优选，上述步骤s3中，沉积的基底偏压为-150～-200v。作为优选，上述步骤s3中磁控溅射的真空度≤1×10-3pa。本发明相比于现有技术，具有如下有益效果：(1)本发明采用磁控溅射技术在薄壁不锈钢管的表面形成一层l-cpa/cu/c复合薄膜，使不锈钢管表面具有良好的抗菌性能，同时大大提高了表面硬度、耐磨性和耐蚀性；(2)本发明对不锈钢表面进行改性处理，形成含cu元素的抑菌涂层，既避免了直接在不锈钢原料中添加铜对热加工性能带来的不利影响，又使薄壁不锈钢管具有良好的抑菌效果；(3)本发明的抑菌强化层中还加入了具有良好絮凝作用的木质素基阳离子聚丙烯酰胺，其独特的网络结构对微生物及蛋白质残基等都有很好的吸附作用，同时可去除液体中多余的cu2 ，避免二次污染，有效实现管内液体的净化；(4)本发明同时以cu和c作为靶材以较高的功率进行磁控溅射镀膜，在沉积抗菌铜膜的同时形成类金刚石薄膜，既保证镀层的致密度及材料表面的硬度、耐磨性，又可提高制备效率。具体实施方式下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法均为本领域的常规方法。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于本发明的具体限制。本发明提供抑菌薄壁不锈钢管，不锈钢管的表面具有抑菌强化层，所述不锈钢管包括如下重量百分比的化学成分：cr：17.50～19.50％、ni：8.00～10.50％、mo：0.20～0.40％、mn≤2.00％、si≤0.75％、n≤0.10％、c≤0.07％、p≤0.04％、s≤0.03％，余量为fe及不可避免的杂质；其中，抑菌强化层为l-cpa/cu/c复合薄膜；本发明的抑菌薄壁不锈钢管通过如下制备方法制得：s1、取废钢原料，锻造成生坯，经过固溶和时效处理，得到不锈钢板；s2、采用200～300目的石英砂先对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为20～26min，再在表面涂覆浓度为1.2～1.8g/l的l-cpa溶液，并于80～90℃下烘干；s3、将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至≤1×10-3pa，按0.3～0.4:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-150～-200v，溅射总时间为20～50min，每隔5min交替打开cu靶电源和c靶电源，cu靶溅射的功率为250～295w，c靶溅射的功率为290～350w，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；s4、将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并焊接固定，经打磨抛光，即得薄壁不锈钢管。本发明制得的薄壁不锈钢管规格(外径×壁厚)包括但不限于：14×0.6、20×0.6、26×0.8、32×1.0、40×1.0、50×1.0、63.5×1.2、67×1.2、76×1.5、102×2.0、14×0.8、26×1.0、50×1.2、67×1.5、102×1.5。实施例1将丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基氯化铵、4-氯甲基苯乙烯混合后，充入氮气，在氮气气氛中控制反应温度为60再加入硫酸铵作为引发剂，搅拌10h；反应结束后向产物中加入无水乙醇提取，得到白色预聚物，经冷冻干燥，得到纯的cpa；将cpa、el和1mol/l的氢氧化钠溶液混合后，在80℃条件下反应4h，得到混合溶液；冷却至室温后，加入丙酮萃取，弃去上层液体，将剩余的棕褐色固体产物放入透析袋中透析72h，浓缩、冷冻干燥，得到纯净的l-cpa；并将制得的l-cpa配制成1.5g/l的l-cpa溶液，备用；取06cr19ni10废钢原料，锻造成生坯，在880～890℃下进行固溶处理，固溶时间为45min，再在680℃下进行时效处理，时效时间为1.5h，得到不锈钢板，经检测不锈钢板中的化学成分组成为：cr：18.25％、ni：8.09％、mo：0.25％、mn：0.94％、si：0.50％、n：0.034％、c：0.049％、p：0.034％、s：0.001％，余量为fe及不可避免的杂质；采用200～300目的石英砂对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为22min，再在表面涂覆l-cpa溶液，并于90℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.36:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，设置cu靶溅射的功率为265w，c靶溅射的功率为300w，溅射总时间为30min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为14.02mm、壁厚为0.79mm的薄壁不锈钢管。实施例2取06cr19ni10废钢原料，锻造成生坯，在900～910℃下进行固溶处理，固溶时间为40min，再在700℃下进行时效处理，时效时间为1.5h，得到不锈钢板，经检测不锈钢板中的化学成分组成为：cr：18.03％、ni：8.14％、mo：0.26％、mn：0.90％、si：0.54％、n：0.042％、c：0.051％、p：0.033％、s：0.001％，余量为fe及不可避免的杂质；采用200～300目的石英砂对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为25min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于85℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.36:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，设置cu靶溅射的功率为265w，c靶溅射的功率为300w，溅射总时间为30min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为20.02mm、壁厚为0.59mm的薄壁不锈钢管。实施例3取06cr19ni10废钢原料，锻造成生坯，在905～915℃下进行固溶处理，固溶时间为40min，再在656℃下进行时效处理，时效时间为2h，得到不锈钢板，经检测不锈钢板中的化学成分组成为：cr：18.19％、ni：8.20％、mo：0.32％、mn：0.91％、si：0.49％、n：0.038％、c：0.05％、p：0.029％、s：0.002％，余量为fe及不可避免的杂质；采用200～300目的石英砂对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为23min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于85℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.3:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，设置cu靶溅射的功率为265w，c靶溅射的功率为300w，溅射总时间为30min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为26.03mm、壁厚为0.75mm的薄壁不锈钢管。实施例4取06cr19ni10废钢原料，锻造成生坯，在905～915℃下进行固溶处理，固溶时间为40min，再在656℃下进行时效处理，时效时间为2h，得到不锈钢板，经检测不锈钢板中的化学成分组成为：cr：18.21％、ni：8.16％、mo：0.29％、mn：0.90％、si：0.54％、n：0.035％、c：0.045％、p：0.028％、s：0.002％，余量为fe及不可避免的杂质；采用200～300目的石英砂对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为23min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于85℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.4:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，设置cu靶溅射的功率为265w，c靶溅射的功率为300w，溅射总时间为30min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为26.01mm、壁厚为0.73mm的薄壁不锈钢管。实施例5取06cr19ni10废钢原料，锻造成生坯，在885～895℃下进行固溶处理，固溶时间为45min，再在700℃下进行时效处理，时效时间为1.5h，得到不锈钢板，经检测不锈钢板中的化学成分组成为：cr：18.29％、ni：8.13％、mo：0.28％、mn：0.89％、si：0.53％、n：0.032％、c：0.047％、p：0.031％、s：0.002％，余量为fe及不可避免的杂质；采用200～300目的石英砂对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为25min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于90℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.36:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-180v，设置cu靶溅射的功率为280w，c靶溅射的功率为335w，溅射总时间为20min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为32.03mm、壁厚为0.99mm的薄壁不锈钢管。实施例6取06cr19ni10废钢原料，锻造成生坯，在885～895℃下进行固溶处理，固溶时间为45min，再在700℃下进行时效处理，时效时间为1.5h，得到不锈钢板，经检测不锈钢板中的化学成分组成为：cr：18.27％、ni：8.10％、mo：0.26％、mn：0.90％、si：0.52％、n：0.035％、c：0.046％、p：0.032％、s：0.001％，余量为fe及不可避免的杂质；采用200～300目的石英砂对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为25min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于90℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.36:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-150v，设置cu靶溅射的功率为270w，c靶溅射的功率为310w，溅射总时间为50min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为32.01mm、壁厚为0.99mm的薄壁不锈钢管。实施例7取06cr19ni10废钢原料，锻造成生坯，在880～890℃下进行固溶处理，固溶时间为45min，再在680℃下进行时效处理，时效时间为1.5h，得到不锈钢板，经检测不锈钢板中的化学成分组成为：cr：18.21％、ni：8.13％、mo：0.26％、mn：0.92％、si：0.48％、n：0.036％、c：0.054％、p：0.03％、s：0.001％，余量为fe及不可避免的杂质；采用200～300目的石英砂对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为22min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于90℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.36:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，设置cu靶溅射的功率为150w，c靶溅射的功率为200w，溅射总时间为30min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为14.02mm、壁厚为0.80mm的薄壁不锈钢管。实施例8取06cr19ni10废钢原料，锻造成生坯，在880～890℃下进行固溶处理，固溶时间为45min，再在680℃下进行时效处理，时效时间为1.5h，得到不锈钢板，经检测不锈钢板中的化学成分组成为：cr：18.29％、ni：8.07％、mo：0.22％、mn：0.97％、si：0.55％、n：0.032％、c：0.048％、p：0.036％、s：0.001％，余量为fe及不可避免的杂质；采用200～300目的石英砂对不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为22min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于90℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按2:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，设置cu靶溅射的功率为265w，c靶溅射的功率为300w，溅射总时间为30min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为14.01mm、壁厚为0.79mm的薄壁不锈钢管。对比例1将实施例1制得的不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.36:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，设置cu靶溅射的功率为265w，c靶溅射的功率为300w，溅射总时间为30min，先打开cu靶电源进行溅射，隔5min后打开c靶电源进行溅射，依次交替进行，在最后一次c靶溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为14.02mm、壁厚为0.81mm的薄壁不锈钢管。对比例2采用200～300目的石英砂对实施例1制得的不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为22min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于90℃下烘干，形成l-cpa薄膜；将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.36:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，设置cu靶溅射的功率为265w，溅射总时间为15min，溅射完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为14.01mm、壁厚为0.80mm的薄壁不锈钢管。对比例3采用200～300目的石英砂对实施例1制得的不锈钢板表面进行喷砂处理，喷砂时间为22min，再在表面涂覆实施例1中制备的l-cpa溶液，并于90℃下烘干，形成l-cpa薄膜；不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空至1×10-3pa，按0.36:1的流量比通入氩气和氮气，设置基底偏压为-160v，先打开cu靶电源进行溅射，设置cu靶溅射的功率为265w，溅射时间为15min，再打开c靶电源，c靶溅射的功率为300w，溅射时间为15min，完成后关闭设备，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并通过氩弧焊进行固定，打磨焊缝，即得外径为14.01mm、壁厚为0.79mm的薄壁不锈钢管。分别参考gb/t228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》、gb/t241-2007《金属管液压试验方法》、gb/t242-2007《金属管扩口试验方法》、gb/t244-2008《金属管弯曲试验方法》、gb/t245-2016《金属材料管卷边试验方法》、gb/t12771-2008《流体输送用不锈钢焊接钢管》、gb/t19228.2-2011《不锈钢卡压式管件组件第2部分：连接用薄壁不锈钢管》、gb/t17394.1-2014《金属材料里氏硬度试验第1部分：试验方法》的测定方法，对实施例1-8和对比例1-3中制得的薄壁不锈钢管进行性能测试；其中液压试验测试条件为：试验压力≥2.5mpa，稳压时间≥5s；扩口试验测试条件为：外径<60.3mm，采用60°的圆锥，扩口率≥30％；气密试验的测试条件为：气体试验压力为1.05mpa，管子完全浸没入水稳压5s；硬度试验采用d型冲击设备。性能测试结果如表1所示。表1实施例1-8和对比例1-3中不锈钢管的常规性能测试结果续表1实施例1-8和对比例1-3中不锈钢管的常规性能测试结果检测项目压扁试验扩口试验液压试验气密试验实施例1无裂纹和破坏无裂纹和破坏无渗漏无气泡渗出实施例2无裂纹和破坏无裂纹和破坏无渗漏无气泡渗出实施例3无裂纹和破坏无裂纹和破坏无渗漏无气泡渗出实施例4无裂纹和破坏无裂纹和破坏无渗漏无气泡渗出实施例5无裂纹和破坏无裂纹和破坏无渗漏无气泡渗出实施例6无裂纹和破坏无裂纹和破坏无渗漏无气泡渗出实施例7轻微裂纹轻微裂纹无渗漏无气泡渗出实施例8轻微裂纹无裂纹无渗漏无气泡渗出对比例1无裂纹和破坏轻微裂纹无渗漏少许气泡渗出对比例2轻微裂纹有明显裂纹少量渗漏少许气泡渗出对比例3无裂纹和破坏无裂纹和破坏无渗漏无气泡渗出参考gb/t2591-2003《抗菌塑料抗菌性能实验方法和抗菌效果》，测定实施例1-8和对比例1-3的不锈钢管样品对大肠杆菌(e.coli)和金黄色葡萄球菌(s.aureus)的抑制效果，在样品接种后于37℃恒温箱里培养24h，再按gb/t4789.2的方法测定活菌数。其中，抗菌率(％)＝(对照样品平均回收菌数-样品平均回收菌数)/对照样品平均回收菌数×100％。测定结果如表2所示。表2实施例1-8和对比例1-3中不锈钢管的抗菌性能测试结果通过以上实施例和对比例的测试结果可知，实施例7由于磁控溅射的功率较低，形成的保护膜致密性和稳定性均较差，导致其物理机械性能和抗菌性能均较弱。实施例8在磁控溅射过程中，通入的氩气流量大于氮气，因而对铜薄膜和dlc薄膜的形成产生一定影响，使其硬度、强度、表面质量均明显下降。对比例1未涂覆l-cpa层，其虽然对抗菌性能和力学性能影响较小，但对表面质量有明显影响，且长期使用容易引起管道内蛋白质碎片残留，造成二次污染；而本发明在不锈钢管表面先制备絮凝作用极强的l-cpa层，可有效吸附游离微粒杂质，起到较好的净化作用，有助于延长不锈钢管使用寿命。对比例2的复合薄膜中未包含类金刚石层，对不锈钢管表面的硬度、气密性等都有很大影响，机械性能明显下降。而对比例3在在沉积完铜膜之后再沉积dlc薄膜，而没有采用交替溅射的方式，由于dlc薄膜的致密性好，在一定程度上阻隔了铜离子析出，从而无法有效发挥不锈钢管的抑菌性能。以上实施例对本发明要求保护的技术方案参数范围内点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换形成的新的技术方案，同样都在本发明要求的保护范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如无特别说明，则相互之间不存在不可替换的唯一组合。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，并不用于限定本发明的保护范围。本发明所属
技术领域：
的技术人员可以采用等同替换或等效变换的方式获得与本发明相似或相近的技术方案，均落在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种抑菌薄壁不锈钢管，其特征在于，不锈钢管的表面具有抑菌强化层，所述不锈钢管包括如下重量百分比的化学成分：cr：17.50～19.50％、ni：8.00～10.50％、mo：0.20～0.40％、mn≤2.00％、si≤0.75％、n≤0.10％、c≤0.07％、p≤0.04％、s≤0.03％，余量为fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的抑菌薄壁不锈钢管，其特征在于，抑菌强化层为l-cpa/cu/c复合薄膜。
3.一种如权利要求2所述的抑菌薄壁不锈钢管的制备方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
s1、取废钢原料，锻造成生坯，经过固溶和时效处理，得到不锈钢板；
s2、先对不锈钢板表面进行喷砂处理，再在表面涂覆木质素基阳离子聚丙烯酰胺溶液，并于80～90℃下烘干；
s3、将不锈钢板放入磁控溅射镀膜设备中，以cu粉和c粉为溅射靶材装入靶座上，抽真空，通入氩气和氮气，交替打开cu靶电源和c靶电源，在不锈钢板表面沉积形成l-cpa/cu/c复合薄膜；
s4、将镀有复合薄膜的不锈钢板卷压成管状，并焊接固定，经打磨抛光，即得薄壁不锈钢管。
4.根据权利要求3所述的抑菌薄壁不锈钢管的制备方法，其特征在于，步骤s1中喷砂处理采用200～300目的石英砂，喷砂时间为20～26min。
5.根据权利要求3所述的抑菌薄壁不锈钢管的制备方法，其特征在于，步骤s3中磁控溅射的功率为250～350w，溅射总时间为20～50min。
6.根据权利要求5所述的抑菌薄壁不锈钢管的制备方法，其特征在于，步骤s3中，交替打开cu靶电源和c靶电源的间隔时间为5min，并且，在最后一次完成c靶溅射后关闭。
7.根据权利要求5所述的抑菌薄壁不锈钢管的制备方法，其特征在于，步骤s3中，cu靶溅射的功率为250～295w，c靶溅射的功率为290～350w。
8.根据权利要求3所述的抑菌薄壁不锈钢管的制备方法，其特征在于，步骤s3中氩气和氮气的流量比为0.3～0.4:1。
9.根据权利要求3所述的抑菌薄壁不锈钢管的制备方法，其特征在于，木质素基阳离子聚丙烯酰胺通过如下方法制得：
(1)将丙烯酰胺和甲基丙烯酰氧乙基氯化铵、4-氯甲基苯乙烯混合后，充入氮气，在氮气气氛中控制反应温度为50～60℃，再加入硫酸铵作为引发剂，搅拌9～12h；
(2)反应结束后向产物中加入无水乙醇提取，得到预聚物，经冷冻干燥，得到阳离子聚丙烯酰胺预聚物(cpa)；
(3)将cpa、酶解木质素(el)和氢氧化钠溶液混合后，在60～80℃条件下反应4～5h，得到混合溶液；
(4)冷却至室温后，加入丙酮萃取，弃去上层液体，将剩余固体产物经过透析，浓缩、冷冻干燥，得到纯净的l-cpa。
技术总结本发明属于不锈钢加工技术领域，具体涉及一种抑菌薄壁不锈钢管及其制备方法。本发明不锈钢管的表面具有抑菌强化层，所述不锈钢管包括如下重量百分比的化学成分：Cr：17.50～19.50％、Ni：8.00～10.50％、Mo：0.20～0.40％、Mn≤2.00％、Si≤0.75％、N≤0.10％、C≤0.07％、P≤0.04％、S≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质；抑菌强化层为L‑CPA/Cu/C复合薄膜。本发明的抗菌强化层不但赋予不锈钢管表面良好的抗菌性能，同时大大提高了表面硬度、耐磨性和耐蚀性，避免了直接在不锈钢原料中添加铜对热加工性能带来的不利影响，同时通过合理的工艺流程使L‑CPA独特的网络结构充分发挥吸附净化功能，使Cu元素充分发挥抗菌作用。
技术研发人员：赵志江;缪德伟
受保护的技术使用者：宁波市华涛不锈钢管材有限公司
技术研发日：2021.03.15
技术公布日：2021.08.03
