一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材及其制备方法，首先进行了完全退火的热处理方式，再通过立式矫直这种产生残余应力较小的方式进行棒材的精矫直，使棒材直线度≤0.1mm/m，再通过磨削去除棒材表面硬化层，最终采用去应力退火的方式，消除之前加工产生的残余应力，从而解决了U型钉缩口较大且不稳定的问题，本发明专利技术生产的棒材，其U型缩口量已超过国外同类产品。

【技术实现步骤摘要】
一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材及其制备方法
本专利技术属于金属材料制备
，具体涉及一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材及其制备方法。
技术介绍
钛及钛合金具有优异的生物相容性、较低的弹性模量、耐腐蚀性和优良的机械性能，已广泛应用于医疗用骨内固定器材、人工关节及骨重建材料等领域中。椎弓根螺钉规格在Φ13～Φ15.5，主要用于腰椎骨折、腰椎滑脱、椎管狭窄等常见脊柱疾病。目前，椎弓根螺钉用钛合金主要为TC4和TC4ELI两种牌号为主。椎弓根螺钉用钛合金棒材在生产过程易产生大量残余应力，导致成品螺钉的U型槽发生内缩。现有的矫直方法主要为两辊矫直和多辊矫直，此类方法使棒材在辊间进行旋转挤压，产生大量应力，并不适用于椎弓根螺钉用钛合金棒材的加工。立式电加热矫直在加热过程可有效减少残余应力，但棒材矫直时在上下拉力的作用下，棒材易发生变形，从而产生新的应力，制作的棒材虽然满足制备普通型椎弓根螺钉，但对于近年来国际国内医疗器械领域开发的微创型椎弓根螺钉，即U型槽开口深度更大，对材料残余内应力要求更苛刻，要求残余应力更小，以上几种传统矫直技术制备的钛合金材料，均不能满足使用要求，难以达到国际领先水平。
技术实现思路
为了解决上述内应力难以消除，无法满足制造微创型椎弓根螺钉的要求的技术问题，本专利技术提供了一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材及其制备方法，本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，包括以下步骤：获取钛合金棒坯；>对所述钛合金棒坯进行退火预矫；对预矫后的钛合金棒坯进行扒皮，得到预处理棒坯；对所述预处理棒坯进行精矫，得到精矫棒坯；对所述精矫棒坯进行磨削，去除所述精矫棒坯表面的氧化皮；其中，磨削尺寸为钛合金棒材成品尺寸的公差上限尺寸；对磨削后的精矫棒坯进行去应力退火，得到半成品钛合金棒材；抛光所述半成品钛合金棒材，得到钛合金棒材成品；其中，抛光标准为所述钛合金棒材成品的表面光洁度小于等于0.4μm。可选的，对所述精矫棒坯进行磨削，去除所述精矫棒坯表面的氧化皮之后还包括：对磨削后的精矫棒坯进行超声检测，获取无内部缺陷的磨削后的精矫棒坯。可选的，对所述钛合金棒坯进行退火预矫包括：将所述钛合金棒坯置于箱式炉中进行保温；其中，所述箱式炉的温度为750℃，保温时间为60-90min；取出保温后的钛合金棒坯，并利用两辊矫直机矫直钛合金棒坯，得到预矫后的钛合金棒坯；其中，所述两辊矫直机的辊子转速为900r/min，矫直后直线度≤0.5mm/m。可选的，对预矫后的钛合金棒坯进行扒皮，得到预处理棒坯中，扒皮所采用的设备为无心车床。可选的，对所述预处理棒坯进行精矫，得到精矫棒坯中，精矫所采用的设备为立式矫直机；精矫的标准为所述预处理棒坯矫直后直线度≤0.1mm/m。可选的，对磨削后的精矫棒坯进行去应力退火，得到半成品钛合金棒材包括：将磨削后的精矫棒坯置于预设模具中；在所述预设模具中冲入氩气，并排出所述预设模具中的空气；加热所述预设模具，使所述预设模具内的保温温度为700-750℃，持续时间为240-360min；所述预设模具内温度小于400℃后，打开所述预设模具，空冷至室温，得到半成品钛合金棒材。可选的，所述预设模具包括：模具外壳、进气口、出气口、配重块、压板；将磨削后的精矫棒坯置于预设模具；在所述预设模具中冲入氩气，并排出所述预设模具中的空气包括：将磨削后的精矫棒坯依次整齐置于所述模具外壳中；每层精矫棒坯上放置配套的所述压板；在最上层压板顶部放置所述配重块；加热前所述模具外壳中充入氩气，氩气从进气口充入；模具中的空气由出气口排出。可选的，抛光所述半成品钛合金棒材，得到钛合金棒材成品中，抛光所采用的设备为千叶轮抛光机。可选的，抛光所述半成品钛合金棒材，得到钛合金棒材成品之后还包括：对所述钛合金棒材成品进行表面检验、尺寸检测，检斤、包装、入库。一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材，由上述方法制得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术实施例提供了一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材及其制备方法，在钛合金棒材加工过程中，棒材会产生一定的残余应力，由于退火未完全消除应力或退火消除应力后又在矫直等过程中，由于外力的做用使棒材表面再次出一定的残余应力。在生产椎弓根螺钉时，棒材需要加工一个U型槽，心部残余应力得到释放，而边缘残余应力重新分布，导致U型槽开始内缩，椎弓根螺钉产生缩口现象。本专利技术方法中，首先进行了完全退火的热处理方式，再通过立式矫直这种产生残余应力较小的方式进行棒材的精矫直，使棒材直线度≤0.1mm/m，再通过磨削去除棒材表面硬化层，最终采用去应力退火的方式，消除之前加工产生的残余应力，从而解决了U型钉缩口较大且不稳定的问题，本专利技术生产的棒材，其U型缩口量已超过国外同类产品。附图说明以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。图1是本专利技术实施例提供的一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的去应力退火过程中模具外壳及内部构造示意图；图3是本专利技术实施例提供的Φ14.2的钛合金棒材金相组织示意图；图4是本专利技术实施例提供的棒材U型槽的测量示意图；图5是本专利技术实施例提供的棒材U型槽示意图。附图标记：1-模具外壳，2-进气口，3-压板，4-磨削后的精矫棒坯，5-配重块，6-出气口。具体实施方式为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。请参见图1。本专利技术实施例提供了一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，包括以下步骤：S110.获取钛合金棒坯。具体的，钛合金棒坯的直径范围为25mm-100mm，本专利技术实施例采用的钛合金棒坯，可以制备25mm深U型槽缩口<30μm、50mm深U型槽缩口<180μm和75mm深U型槽缩口<300μm的微创型椎弓根螺钉，其中，钛合金牌号为TC4ELI，TC4ELI合金可在超低温环境下使用。S120.对所述钛合金棒坯进行退火预矫。具体的，采用箱式炉对轧制后的棒材进行退火处理，通过两辊矫直机对棒材进行预矫直，除去棒材上的小弯。其中，除去棒材上的小弯的方法可以是采用车床将棒材上的小弯车掉，也可以采用铣床将棒材上的小弯铣掉。S130.对预矫后的钛合金棒坯进行扒皮，得到预处理棒坯。具体的，采用无心车床将退火预矫后的棒材进行扒皮，标准为棒材表面光亮无明显缺陷。S140.对所述预处理棒坯进行精矫，得到精矫棒坯。具体的，采用立式矫直机对预处理棒坯进行矫直，矫直后直线度≤0.1mm/m，通过立式矫直这种产生残余应力较小的方式进行棒材的精矫直，使棒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取钛合金棒坯；/n对所述钛合金棒坯进行退火预矫；/n对预矫后的钛合金棒坯进行扒皮，得到预处理棒坯；/n对所述预处理棒坯进行精矫，得到精矫棒坯；/n对所述精矫棒坯进行磨削，去除所述精矫棒坯表面的氧化皮；其中，磨削尺寸为钛合金棒材成品尺寸的公差上限尺寸；/n对磨削后的精矫棒坯进行去应力退火，得到半成品钛合金棒材；/n抛光所述半成品钛合金棒材，得到钛合金棒材成品；其中，抛光标准为所述钛合金棒材成品的表面光洁度小于等于0.4μm。/n

【技术特征摘要】
1.一种微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取钛合金棒坯；
对所述钛合金棒坯进行退火预矫；
对预矫后的钛合金棒坯进行扒皮，得到预处理棒坯；
对所述预处理棒坯进行精矫，得到精矫棒坯；
对所述精矫棒坯进行磨削，去除所述精矫棒坯表面的氧化皮；其中，磨削尺寸为钛合金棒材成品尺寸的公差上限尺寸；
对磨削后的精矫棒坯进行去应力退火，得到半成品钛合金棒材；
抛光所述半成品钛合金棒材，得到钛合金棒材成品；其中，抛光标准为所述钛合金棒材成品的表面光洁度小于等于0.4μm。


2.根据权利要求1所述的微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，对所述精矫棒坯进行磨削，去除所述精矫棒坯表面的氧化皮之后还包括：
对磨削后的精矫棒坯进行超声检测，获取无内部缺陷的磨削后的精矫棒坯。


3.根据权利要求1所述的微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，对所述钛合金棒坯进行退火预矫包括：
将所述钛合金棒坯置于箱式炉中进行保温；其中，所述箱式炉的温度为750℃，保温时间为60-90min；
取出保温后的钛合金棒坯，并利用两辊矫直机矫直钛合金棒坯，得到预矫后的钛合金棒坯；其中，所述两辊矫直机的辊子转速为900r/min，矫直后直线度≤0.5mm/m。


4.根据权利要求1所述的微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，对预矫后的钛合金棒坯进行扒皮，得到预处理棒坯中，扒皮所采用的设备为无心车床。


5.根据权利要求1所述的微创型椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法，其特征在于，对所述预处理棒坯进行精矫，得到精矫棒坯中，精矫所采用的设备为立...

【专利技术属性】
技术研发人员：王戈，樊亚军，贺峰，曹继敏，罗乾伟，雷雨，
申请(专利权)人：西安圣泰金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61