本发明属于金属材料领域，更具体的说，涉及一种梯度纳米晶结构抗菌不锈钢的生产制造方法。

  1、含铜不锈钢是一种具有抗菌特性的不锈钢材料，它通过在普通不锈钢中加入一定量的抗菌铜元素，通过固溶、时效及锻压、轧制等冷变形处理使其在不锈钢基体内以一定的大小、形态，均匀弥散地析出，并保证析出相的体积百分比。这样，在保持不锈钢原有的力学、耐蚀、冷热加工和焊接等性能的情况下，赋予了其优异的抗菌性能。抗菌不锈钢可以被应用于餐厨具、家电、食品制造业、医疗器械等方面。但是，现有含铜不锈钢抗菌具有处理工艺复杂、成本高昂、及析出相分散不均抗菌效果弱的问题，其制备技术方面的要求较高，需要进行耗时长且耗能高的抗菌热处理工艺，成本高昂，目前很难实现大量生产。

  1、为了克服现存技术存在的不足，本发明提供了一种梯度纳米晶结构抗菌不锈钢的生产制造方法，克服现有抗菌含铜不锈钢生产制造工艺复杂、成本高昂，及抗菌含铜不锈钢析出相分散不均匀、抗菌效果弱的问题。

  4、步骤1，将金属原料铬、镍、锰、硅、铜、铁按比例混合后投入熔炼炉，并使用熔炼炉熔炼金属原料，直至钢液溶清，得到含铜不锈钢钢液；

  6、步骤3，对含铜不锈钢的坯料进行高温超声喷丸处理，高温的温度为x，x取值范围为400℃≤x≤750℃；

  8、上述技术方案步骤2中制造成含铜不锈钢的坯料，根据自身的需求坯料可以是不同的形状，可以先浇筑成钢锭再切割成板材或加工成其他零部件的毛坯，也可以直接浇筑成板材或直接浇筑成所需零部件的毛坯，但如果是浇筑成钢锭，就还要进一步切割或者加工成需要的零部件坯料，钢锭的切割可以走丝切割，磨光可以为镜面磨光，不管坯料加工成什么形状或对坯料及零部件进行什么样的成型预处理，均属于本技术的保护范围。

  10、本发明的技术方案的高温超声喷丸，是指坯料在进行超声喷丸处理时，保持环境和温度或坯料温度处于400℃~750℃之间，这样做才能够减小材料在喷丸过程中的变形抗力，从而获得更深的塑性变形层厚度，更细的晶粒尺寸。在本发明涉及的高温超声喷丸方案中，剧烈塑性变形在含铜不锈钢表面制备的梯度纳米晶、孪晶可以将含铜不锈钢中的富铜偏析相分散均匀，将不锈钢的腐蚀形式由点蚀转变为均匀腐蚀，这一举措虽然降低了铜离子的区域溶出浓度，但是增加了铜离子的溶出点位，使其更好的发挥杀菌作用，从而使得经过高温超声喷丸处理的含铜不锈钢无需进行复杂的、耗时长的抗菌热处理程序，即可具备非常好的抗菌性能。同时高温超声喷丸降低了长时间冷喷丸造成不锈钢表面微裂纹的风险，增加了不锈钢梯度纳米结构层的厚度，有利于提高材料在多种服役场景下的常规使用的寿命。温度不高于400℃，由铬、镍、锰、硅、铜、铁各元素组成的含铜不锈钢材料达不到高温超声喷丸所需的效果；同时，超声喷丸过程中温度设置高于750℃，将导致由铬、镍、锰、硅、铜、铁各元素组成的含铜不锈钢材料产生回复再结晶现象，破坏纳米晶稳定性而使晶粒长大、强化层残余压应力消失；因此优选的高温超声喷丸的环境和温度或加热温度应不低于400℃且不高于750℃。

  11、优选地，金属原料铬、镍、锰、硅、铜、铁按如下元素质量百分比进行混合：铬17.51~17.61，镍7.35~7.45，锰3.98~4.19，硅0.86~0.88，铜0.46~0.56，铁69.61~69.64。金属原料按该比例进行混合，熔炼出来的含铜不锈钢，有很好的耐腐蚀和抗老化性能；同时，按该比例混合金属原料所制造出来的含铜不锈钢坯料在400℃-700℃的高温条件下进行高温超声喷丸，表面更加容易形成梯度纳米晶、孪晶，且不容易产生回复再结晶现象，富铜偏析相分散更加均匀。

  12、优选地，步骤1的熔炼炉为真空电弧炉，熔炼方法为：熔炼之前线.99%的氩气，至炉内压为-0.05mpa，送电30kw~40kw，维持的时间10min~15min，送电70kw~80kw，持续15min~25min，直至钢液熔清。通过真空电弧炉进行熔炼，各金属原料混合更加均匀，钢液更容易溶清，制造出来的不锈钢质量更好，也更加容易在高温超声喷丸过程中形成梯度纳米晶、孪晶。

  13、优选地，步骤2的浇铸方法为：断电降温5min ~10min，送电35kw~45kw，进行浇铸，而后停电保温30min~40min，随炉冷却至室温，取出不锈钢坯料去氧化皮，并磨光。磨光是为了让表面更加光滑平整，在进行高温超声喷丸时，喷丸的作用力不会打在凸起的微信凸起或毛刺上损失动能，可以越来越好的、更快的让含铜不锈钢表面梯度纳米晶化，弹丸的动能可以更深层次地由表面向内部传导，使形成的梯度纳米晶层的厚度更厚。

  14、优选地，步骤3中，高温超声喷丸处理的技术参数为：超声波频率为a，a取值范围为5khz≤a≤15khz，喷丸的弹丸材质选择gcr15轴承钢，弹丸直径为d，d取值范围为0.5mm≤d≤1.5mm，喷丸时间为t，t取值范围为180s≤t≤600s，喷嘴距离样品夹持臂的距离为5cm~15cm。超声喷丸的技术参数进行这样设置后，更容易与高温的技术条件所结合使含铜不锈钢坯料的表明产生梯度纳米晶结构，且不会产生回复再结晶现象。

  15、优选地，步骤4中，对喷丸处理后的含铜不锈钢表明上进行清洁、干燥处理的方式为浅抛光、超声波清洗、真空干燥箱鼓风干燥及线、优选地，所述不锈钢坯料经步骤2中磨光处理后的表面粗糙度小于等于ra0.1。

  17、优选地，所述步骤2中进行磨光工序前还有步骤b，所述步骤b为，通过磁控溅射法使用高偏压溅射出高能粒子轰击在去氧化皮的坯料表面，所述磁控溅射法的溅射靶材为金属铜靶，经轰击处理后再进行磨光处理，磨光后的不锈钢表面位置应位于未进行高能粒子轰击前的坯料表面的波峰及波谷之间，经磨光处理后坯料表面铜元素的含量为y，y的取值范围为：0.56%＜y＜1.5%。通过磁控溅射法使用高偏压溅射出金属铜靶的高能粒子，轰击坯料表面，能大大的提升表面的铜含量，再进行磨光处理，然后再进行高温超声喷丸使表面梯度纳米晶化，能大大的提升含铜不锈钢的抗菌效果。但铜含量应控制在1.5%之下，否则表面容易变脆。在磁控溅射法轰击之前，坯料表面是凹凸不平的，具有较大的波峰和波谷，在磁控溅射法轰击之后，原先的波峰和波谷上均会附着一层铜粒子，在进行磨光时，刚好磨至波峰及波谷之间，波谷处附着的铜粒子保留，波峰处的铜粒子以及波谷上附着的过量铜粒子均被磨去，波峰被磨平会露出波峰内部的金属粒子，再经高温超声喷丸，经磁控溅射法轰击的铜粒子与原先坯料表面的金属粒子将融合在一起形成纳米晶、孪晶，而此时形成的纳米晶、孪晶中，铜的含量提高，在不锈钢表面的分布点也更多，因此除菌效果也将更好。因为只在表明上进行轰击，所以含铜不锈钢内部主体的成分是没有变化的，不锈钢主体的硬度、韧性均不会发生明显的变化，控制了表面铜含量，提高抗菌性能的同时，不锈钢也依然可以具非常好的耐腐的能力能。

  19、本发明涉及的梯度纳米晶结构抗菌不锈钢的生产制造方法，利用高温的超声喷丸条件促进不锈钢表面铜元素的物理迁移，使表明产生梯度纳米晶、孪晶，使大尺寸的富铜析出相分散开来，转变不锈钢的腐蚀方式，增加不锈钢的抗菌效率。不需要传统含铜不锈钢复杂的抗菌热处理及锻造、冷轧处理就可以实现不锈钢的抗菌能力。同时高温喷丸过程中，大尺寸的富铜析出相会被分散成小尺寸颗粒，有利于提高材料的常规使用的寿命。高温超声喷丸对材料的形状、尺寸要求不高，对形状复杂、功能多样的产品同样适用。利用高温喷丸的方法在铸态含铜不锈钢表面制备梯度纳米结构层，均匀化不锈钢表面，提高不锈钢的抗菌效率及常规使用的寿命，工艺简单，效果明显。

  1. 金属材料表面改性技术 2. 超硬陶瓷材料制备与表面硬化 3. 规整纳米材料制备及应用研究

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