本发明专利技术公开了一种医疗用超声刀刀杆专用钛合金丝材，所述钛合金丝材按重量百分比各元素含量为：Al含量范围6.0％～6.3％，V含量范围4.2％～4.5％，Y含量范围0.5％～0.6％，O含量范围0.13％～0.15％，Fe含量范围0.08％～0.12％，余量为Ti。本发明专利技术通过微合金化在TC4合金中加入稀土元素Y，制备出的钛合金丝材稳定、强度、塑性匹配性良好，通过多道次恒温拉拔和表面喷丸的创新性结合，将大幅度改善国产超声刀头断刀率的问题。刀头断刀率的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种医疗用超声刀刀杆专用钛合金丝材及其制备方法
[0001]本专利技术属于医疗器械领域，具体涉及一种医疗用超声刀刀杆专用钛合金丝材及其制备方法。
技术介绍
[0002]随着人们对医疗技术水平的要求越来越高，传统的外科手术向伤口更小、出血更少的方向发展，促进了医疗设备技术的更新。如数字减影与介入手术、腔镜技术与腔镜手术、超声技术与超声刀等。特别是超声刀技术能使手术更精确、无焦痂生成、术中视野更清晰等优点在外科手术中被广泛应用。
[0003]20世纪90年代以来,超声外科在生物医学领域中的应用越来越广泛。高效、灵活的超声手术刀的研制已成为相关领域研究的热点。它最先应用于眼科和神经外科手术，主要用来进行精细分割。随着外科手术的不断深入开展，它广泛的用途得到了人们的认可，使用范围越来越广。由于在使用时烟雾少，不影响手术视野，进而将超声刀引入腹腔镜外科，大大促进了腔镜外科的发展。随着使用经验的积累和研究的不断深入，超声刀的使用范围已逐步拓宽，除腹腔镜手术外，传统开放手术应用超声刀的病例也逐步增多。目前超声手术刀主要应用在白内障乳化、肝胆肿瘤吸引、吸脂美容、切骨、切割凝血等。由于它具有精度高、出血少、无灼伤、术后恢复快等优点，已经有取代高频电刀、机械夹钳等的趋势。
[0004]超声切割止血系统作为外科手术设备的主要组成部分，具有切割精度高、出血量少、极少产生烟雾，以及术后恢复快等特点，已成为国内外相关领域的研究热点。超声切割止血系统主要包括超声刀主机、超声换能器和超声刀头手柄三部分。超声刀主机作为医用固定资产，超声换能器为医用耗材，超声刀头手柄为一次性医用耗材。
[0005]超声手术刀的工作原理是超高振动频率(55.5KHz)造成组织汽化，蛋白氢键断裂，蛋白质变性成粘性凝结物，达到切割凝闭组织和止血。整个超声刀系统中，刀杆作为直接作用工件，对其材料性能的要求极为严苛。其关键切割性能体现在刀杆的机械性能上—即对超声振幅的有效传递。就医用超声刀而言，研究表明，频率为23KHz的超声刀，要顺利完成对软组织的切割，其振幅至少需要到达40μm；而对骨组织顺利切割，其振幅需超过100μm。由此可见，振幅越大，超声刀所适用的范围越广，工作效率越高
[0006]临床上常用的超声手术刀的工作频率为55kHz，即处于每秒钟约5.5
×
104次的高频振动的工作状态，输出振幅在50μm以上，工作频率高且振幅大，易产生疲劳，造成手术刀刀头断裂，而在微创手术过程中，因微孔的尺寸较小，观察视野受到限制，一旦发生手术刀断裂，难以及时取出断裂碎片，存在严重的安全隐患。为避免因断裂而造成的医疗事故，目前临床中采用超声手术刀使用一次即丢弃的方案，这虽然在一定程度上提高了手术安全性，但由于超声手术刀的成本高(手术刀材质为医用钛合金)，导致材料的浪费和患者医疗费用的增加，也制约了微创技术的临床推广。
[0007]超声刀刀杆(图1)的振幅与其组织密不可分，目前作为超声刀杆最为常见的材料为Ti
‑
6Al
‑
4V合金。Ti
‑
6Al
‑
4V是典型的(α+β)两相钛合金，其组织可按α、β相的形貌与含量
℃，加热到温保温时间20min～30min，终轧温度小于800℃，轧制到直径小于20mm。
[0023](4)控温热拉拔
[0024]将轧制坯料经表面修磨处理后，进行预氧化处理，氧化790℃～810℃/15～20min，而后进行多道次的控温热拉拔，制备出直径为8mm的拉拔丝材。
[0025](5)后处理
[0026]热拉拔后的盘卷丝材经过去应力退火处理、电热矫直、磨削工序后制备得到Ti
‑
6Al
‑
4V
‑
0.6Y钛合金丝，去应力退火采用700℃～750℃/1～1.5h。
[0027](6)表面处理
[0028]丝材经喷砂和/或喷丸处理，最终获得医疗用超声刀刀杆专用钛合金丝材(或棒材)。
[0029]进一步地，步骤(2)中两相区多火次中间锻造采用换向锻拔的方式，以提高锻造过程中合金的锻透性。
[0030]本专利技术在超声刀刀杆专用钛合金丝材的制备过程中控温热拉拔为关键工序。控温热拉拔步骤中，采用孔模拉拔，热拉拔加热在箱式炉中进行，同一道次拉拔速率保持恒定；各道次拉拔温度逐级降低20℃，炉温波动控制在
±
5℃；每道次直径拉拔变形1mm，直径12mm以上的道次拉拔线速度为2
‑
4m/min，直径12mm
‑
9mm之间的道次拉拔线速度为4
‑
6m/min，直径9mm
‑
8mm的道次拉拔线速度为6
‑
8m/min。通过以上控制，使Ti
‑
6Al
‑
4V
‑
0.6Y钛合金中β相充分碾碎，使其均匀分布在α相中，控制β相的分布提高其疲劳断裂性能。
[0031]进一步地，表面处理步骤中，喷砂空气压力介于0.1MPa～1.3MPa，喷丸强度介于0.1A～0.8A，表面覆盖率介于100％～600％。丝材经喷砂和/或喷丸的表面处理，使丝材表面带有一层均匀的压应力强化层，用以显著提高丝材的疲劳性能。
[0032]本专利技术的目的在于改善超声刀头变幅杆的主要材料TC4的力学性能，通过微合金化在TC4合金中加入稀土元素Y，制备出的钛合金丝材稳定、强度、塑性匹配性良好，通过多道次恒温拉拔和表面喷丸的创新性结合，将大幅度改善国产超声刀头断刀率的问题。具体优点如下：
[0033](1)本专利技术为改善TC4钛合金的疲劳断裂性能，创新性的采用微合金化法在TC4中加入稀土元素Y，且在熔炼时用Y2O3代替Y，即避免了Y中的杂质元素的引入，又能精确控制合金中的O元素。
[0034](2)本专利技术采用多道次恒温拉拔工艺，使Ti
‑
6Al
‑
4V
‑
0.6Y钛合金中β相充分碾碎，使其均匀分布在α相中，控制β相的分布提高其疲劳断裂性能。
[0035](3)使用喷砂和/或喷丸的表面处理方法使棒丝材表面带有一层均匀的压应力强化层，显著提高棒丝材疲劳性能。
附图说明
[0036]图1为现有超声刀刀杆的示意图。
[0037]图2为本专利技术的Ti
‑
6Al
‑
4V
‑
6Y合金轴向金相图。
[0038]图3为某国产用Ti
‑
6Al
‑
4V合金轴向金相图。
具体实施方案
[0039]以下用实例对本专利技术进行更详细的说明，这些实例对本专利技术中的材料进行了优化处理及分析。
[0040]本专利技术的目的在于克服现有超声刀用TC4疲劳断裂性能的不足，提供一种医疗用超声刀刀杆专用钛合金丝材以及该材料的制备方法，
[0041]本专利技术的医疗用超声刀专用钛合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种医疗用超声刀刀杆专用钛合金丝材，其特征在于，所述钛合金丝材按重量百分比各元素含量为：Al含量范围6.0％～6.3％，V含量范围4.2％～4.5％，Y含量范围0.5％～0.6％，O含量范围0.13％～0.15％，Fe含量范围0.08％～0.12％，余量为Ti。2.一种制备如权利要求1所述钛合金丝材的方法，包括以下步骤:(1)熔炼首先将海绵钛、铝钒合金、Y2O3、铝豆或铝箔按一定比例配置混合成合金料，使用油压机压制成电极块，再使用电弧熔炼炉熔炼制备出铸锭；(2)锻造采用燃气炉进行开坯锻造，加热温度1050℃～1150℃；两相区多火次中间锻造，加热温度940℃～970℃，终锻温度较正常温度略低，约800℃，以便于后续轧制变形的组织细化；(3)轧制大变形轧制过程采用电炉加热，加热温度900℃～910℃，控温精度要求达到
±
5℃，加热到温保温时间20min...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵国森，
申请(专利权)人：上海睿速创生医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。