專利名稱：抗變色、抗微生物的銅合金及由其制備的表面的制作方法
抗變色、抗微生物的銅合金及由其制備的表面相關(guān)申請的交叉引用該申請要求2010年11月10日提交的美國實(shí)用新型專利申請No. 12/943，196和2009年11月10日提交的美國臨時專利申請No. 61/259，837的權(quán)益。通過引用將其全部內(nèi)容并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及抗微生物的銅合金，并且涉及由這樣的合金制備的表面，并且特別涉及抗變色抗微生物的銅合金和由這樣的合金制備的表面。已知銅和銅合金具有有用的抗微生物性質(zhì)。這些金屬可殺死人類病原體，包括細(xì)菌例如大腸桿菌0157、單核細(xì)胞增多性李斯特氏菌(Listeria monocytogenes)、沙門氏菌(Salmonella)和耐甲氧西林金葡菌(MRSA)。環(huán)境保護(hù)署宣稱包含65%以上銅的合金具有固有的抗微生物性質(zhì)。參見抗微生物銅合金I組(EPA Reg. No. 82012-1 )，抗微生物銅合金II 組(EPA Reg. No. 82012-2)，抗微生物銅合金 III 組(EPA Reg. No. 82012-3)，抗微生物銅合金IV組(EPA Reg. No. 82012-4)，和抗微生物銅合金V組(EPA Reg. No. 82012-5)，通過引用將其并入本文。由于該抗微生物性質(zhì)，對于制造衛(wèi)生保健和食品服務(wù)設(shè)備中以及甚至在家用和工業(yè)設(shè)備中的表面，銅和銅合金乍一看似乎為良好的候選者。然而，銅的變色傾向可由在這樣的環(huán)境中所使用的某些清潔劑的施加而受到加速，使得許多銅合金不適用于這樣的用途。變色對于特別是在衛(wèi)生保健和食品服務(wù)機(jī)構(gòu)中這樣的表面在心理上和審美上是不需要的，在這些地方變色的表面看起來不吸引人并且不干凈。此外，許多銅合金的獨(dú)特銅顏色限制了它們對于一些應(yīng)用的可接受性。雖然已知一些銀色調(diào)(silver-toned)的抗變色抗微生物的銅合金(例如C710),但是對于至少一些應(yīng)用需要避免銀色調(diào)顏色，因?yàn)樗鼈兛膳c更熟悉的銀色調(diào)表面例如不銹鋼相混淆，雖然可將它們消毒，但是并不認(rèn)為它們是抗微生物的。C706是另一種抗變色抗微生物的銅合金，但是它具有玫瑰紅的顏色，這對于一些應(yīng)用可為不需要的。發(fā)明概述優(yōu)選的實(shí)施方案提供了具有抗微生物性質(zhì)、吸引人的外觀和抗變色性的組合的合金?？傮w上，該優(yōu)選實(shí)施方案的合金包含至少l%Ni和至多3%A1。(除非有其它說明，否則百分比均為重量百分比)。在一個更優(yōu)選的實(shí)施方案中，該合金具有金色的視覺外觀，并且包含至多約15%的Zn和/或Mn?？纱嬖诓回?fù)面影響該合金抗變色性或抗微生物活性的其它元素。詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方案提供了合金和由這樣的合金制備的表面，該合金具有抗微生物性質(zhì)、吸引人的外觀和抗變色性的組合。在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中，該合金具有吸引人的金色視覺外觀?？傮w上，該優(yōu)選實(shí)施方案的合金包含約1%_約4%Ni和至多3%A1 (除非有其它說明，否則百分比均為重量百分比)。在一個更優(yōu)選的實(shí)施方案中，該合金包含至多約15%的Zn和/或Mn。可存在不負(fù)面影響該合金抗變色性或抗微生物活性的其它元素。如下詳述的，本發(fā)明人觀察到與其它合金相比，Cu-Zn合金在接觸和清潔測試中表現(xiàn)均較差；但是該Cu-N i合金在接觸和清潔測試中均表現(xiàn)非常好。對通過接觸引起的變色的抵抗性似乎比其它性質(zhì)例如對清潔劑和濕度抵抗性是更顯著的區(qū)分。在EPA承認(rèn)為抗微生物的合金中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)Cu-Ni-Al合金提供了抗變色性和顏色的所需組合，并且特別是Cu-Zn-Mn-Ni-Al合金例如在本文中稱為K475、K476、K589、K592和K593的那些提供了抗微生物活性、抗變色性和所需的金色視覺外觀的所需組合。鎳通常，鎳以足量存在來改善抗變色性。通常，超過約1%的鎳改善抗變色性，并且鎳含量優(yōu)選為至少I. 5%。在Cu-Ni-Al合金中，Ni含量可高達(dá)6. 9%或更高。在鎳含量上不必 存在上限，但是鎳含量通常受到鎳與其它合金化元素相比的成本以及鎳與其它合金化元素一起對合金顏色的影響的限制。鋁鋁改善對源自接觸的變色的抵抗性。鋁優(yōu)選以至多約3%的數(shù)量存在。通常優(yōu)選鋁在至少0. 6%的水平下存在。高于3%的額外的鋁似乎不是必要的，并且高于約8%-11%的數(shù)量時，可負(fù)面影響該合金的抗微生物活性。參見Use of Copper Cast Alloys to ControlEscherichia coli 0157 Cross-Contamination During Food Processing, Applied andEnvironmental Microbiology, 2006 年 6 月，第 4239-4244 頁，通過引用將其并入本文。鋅鋅，單獨(dú)或與錳組合，改善了 Ni-Cu和Ni-Al-Cu合金的抗變色性并且影響它們的顏色。如果存在鋅而沒有錳，則鋅含量優(yōu)選為至少約6.8%，并且優(yōu)選小于約15%。如果鋅和錳同時存在，則鋅可以以任何數(shù)量存在，但是優(yōu)選鋅和錳的總含量不超過增加應(yīng)力腐蝕 開裂敏感性的水平(通常認(rèn)為是約15%)。當(dāng)鋅和錳同時存在時，鋅含量優(yōu)選為約6. 8%-約
10.8%。設(shè)置鋅含量上限的考慮因素包括抵抗應(yīng)力腐蝕開裂和維持所需的顏色。錳錳，單獨(dú)或與鋅組合，改善了 Ni-Cu和Ni-Al-Cu合金的抗變色性并且影響它們的顏色。如果存在錳而沒有鋅，則錳含量優(yōu)選為至少約4.8%，并且優(yōu)選小于約15%。如果錳和鋅同時存在，則錳可以以任何數(shù)量存在，但是優(yōu)選鋅和錳的總含量不超過增加應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的水平(通常認(rèn)為是約15%)。當(dāng)鋅和錳同時存在時，錳含量優(yōu)選為約4. 8%-約
6.9%。設(shè)置錳含量上限的考慮因素包括抵抗應(yīng)力腐蝕開裂和維持所需的顏色?？偟匿\和錳含量據(jù)認(rèn)為維持Zn和Mn的總含量低于增加對于應(yīng)力腐蝕開裂敏感性的水平(通常認(rèn)為是約15%)是優(yōu)選的。通過鑄造成10英鎊的實(shí)驗(yàn)室鑄錠來準(zhǔn)備用于實(shí)施例1-5的試驗(yàn)合金(稱為prefixK)。通過直接冷硬鑄造成7英寸X30英寸X25英尺的條材來準(zhǔn)備用于實(shí)施例6的合金。通過在約850°C下均熱并且熱軋到0. 5-0. 6英寸厚來加工該制造的條材和實(shí)驗(yàn)室鑄錠以磨光板材。在每種情況下，磨光該熱軋的板材或卷材以移除在熱軋期間發(fā)展的表面氧化物。隨后將這些合金加工到通過依次的冷軋和退火步驟以制備所需的冶金條件來測試這些合金的條件。實(shí)施例I使八種商購和四種開發(fā)的合金經(jīng)受清潔、接觸測試和濕度測試。測試的合金(表I)為軋制狀態(tài)(AR)或用Scotch-Brite (SB)粗糙化的。
權(quán)利要求
1.一種抗微生物、抗變色的銅合金，其包含至少約l%Ni和至多3% Al。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Ni含量為至少約I.5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Ni含量為約I.5%-約6. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Ni含量為至少約2.9%并且Al含量為至少約I. 8%。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的抗微生物、抗變色的銅合金，其中該合金具有金色視覺外觀，并且還包含以Zn+Mn〈15%數(shù)量的Zn和Mn中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Mn含量為O。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Zn含量為O。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Zn含量為約6%-約12%，并且Mn含量為約4%-約7%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Zn含量為約6.8%-約10. 8%，并且Mn含量為約4. 8%-約6. 9%。
10.根據(jù)權(quán)利要求I的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Ni含量為約I.5%-約3. 1%，并且Al含量為約0. 5%-約I. 5%。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的抗微生物、抗變色的銅合金，其中Zn含量為約7.5%-約10. 5%，并Mn含量為約5%-約6. 5%。
12.—種具有金色視覺外觀的抗微生物、抗變色的銅合金，其包含約I. 5%-約6. 5%Ni,約0. 6%-約3. 2%A1和以Zn+Mn〈15%數(shù)量的Zn和Mn中的至少一種。
13.權(quán)利要求12的具有金色視覺外觀的抗微生物、抗變色的銅合金，其同時包含Zn和Mn。
14.權(quán)利要求13的具有金色視覺外觀的抗微生物、抗變色的銅合金，還包含約6.8%-約10.8%Zn 和約 4. 8%-約 6. 9%Mn。
15.一種具有金色視覺外觀的抗微生物、抗變色的銅合金，其包含約7. 8%-約10. 8%Zn，約 5%-約 6. 5%Mn、約 2. 1%-約 3. l%Ni 和至多約 I. 4%A1。
16.一種具有金色視覺外觀的抗微生物、抗變色的銅合金，其包含約2%-約3%Ni，約1%-約 2%A1、約 7. 5%-約 8. 5%Zn 和約 5%-約 6%Mn。
全文摘要
一種具有金色視覺外觀的抗微生物、抗變色的銅合金，其包含約1%-約4% Ni、至多約3%A l和任選地至多約15%總量的Zn和/或Mn。
文檔編號C22C9/06GK102725430SQ201080060397
公開日2012年10月10日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者C·L·特里巴斯, P·W·羅賓遜, R·P·維洛德 申請人:Gbc金屬有限責(zé)任公司