一种抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法技术

本发明专利技术提供了一种抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法，属于医用钛合金材料的制造技术领域。本发明专利技术以含铜元素医用钛合金经熔炼得到的成品铸锭为原料，采用多火次镦拔工艺，确保粗大的铸锭组织基本上被破碎，得到较均匀、细小的纤维组织；然后经过轧制、热拉拔、热处理工艺使得含铜相产生弥散强化效果，又具有微米、亚微米晶粒基体确保良好的塑性。本发明专利技术将细晶强化与弥散强化结合在一起，显著提高强度的同时材料的塑性并未降低。且经过锻造、轧制、热拉拔和热处理后，基体中析出一种钛铜相，从而赋予医用钛合金抗细菌感染功能。从而赋予医用钛合金抗细菌感染功能。从而赋予医用钛合金抗细菌感染功能。

【技术实现步骤摘要】
一种抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法


[0001]本专利技术涉及医用钛合金材料的制造
，尤其涉及一种抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法。

技术介绍

[0002]医用钛合金以其优异的生物相容性、良好的加工及综合力学性能，广泛应用于临床的一类医用金属材料。Ti6Al4V、Ti6Al7Nb是目前临床应用的典型代表，作为外科修复材料如人工关节、骨创伤产品、脊柱矫形内固定系统以及口腔正畸产品等具有较长的临床应用历史。
[0003]然而，医疗器械在使用过程中存在手术部位细菌感染的问题，植入医疗器械的应用进一步增加术后的感染风险。
[0004]现有研究表明，在常用医用钛合金的基体中添加Cu元素，能够赋予材料优异的抗菌性能。含铜钛合金是一种可以通过含铜相弥散强化和第二相强化的钛合金，加工过程中由于铜元素的存在使得含铜钛合金材料的热加工过程中热量散失加快，热加工变形控制难度加大；室温加工中由于析出大量弥散分布的含铜第二相，机械加工性能降低。如何发挥含铜钛合金的抗菌潜能，获得等轴组织的同时开发出高强和高塑性兼备的钛合金就成为目前亟待解决的难题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法。本专利技术铜钛合金铸锭为原料，经过锻造、轧制、热拉拔和热处理后，基体中析出一种钛铜相，从而赋予医用钛合金抗细菌感染功能。该方法制备的铜钛合金可广泛用于骨科、口腔等医学领域中的各类钛合金医疗器械，解决现有医用含铜钛合金难加工问题以及医疗器械植入引发的细菌感染等问题。
[0006]本专利技术抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，锻造：以含铜钛合金成品铸锭为原料，将所述成品铸锭加热到相变点以上，在β相区进行多火次墩拔锻造和拔长锻造处理，得到方坯；
[0008]所述铸锭由以下重量百分比的化学成分组成：V：3.5～4.5％，Al：5.5～6.5％，Cu：3.0～7.0％，O≤0.13％，Fe≤0.25，余量为Ti；
[0009]步骤二，轧制：将第一步锻造得到的方坯进行修伤，修磨表面微裂纹、折叠等缺陷后，依次在β相区和
ɑ
/β两相区进行热轧处理，得到棒坯；
[0010]步骤三，热拉拔：将步骤二轧制得到的棒坯进行修伤，至无表面缺陷后，在
ɑ
/β两相区进行热拉拔；
[0011]步骤四，热处理：将步骤三热拉拔完成的棒坯进行截料后，在
ɑ
+Ti2Cu+β三相区进行退火处理；
[0012]步骤五，精加工：将步骤四热处理完成的棒坯进行校直、磨光得到所述抗感染医用
含铜钛合金棒丝材，所述校直在电校机上进行。
[0013]优选的，步骤一所述多火次墩拔锻造的温度为1000～1050℃，保温时间为3～4h；多火次镦拔锻造中的总锻比为9～12；高径比≤2.0；终锻温度≥850℃。
[0014]优选的，步骤一所述拔长锻造温度为950～1000℃，保温时间为2～3h；拔长锻造中总锻比为5～7，终锻温度≥800℃。
[0015]优选的，步骤二所述在β相区的热轧温度为900～950℃，保温时间1～2h，轧制变形率为80％～90％，终轧温度≥700℃。
[0016]优选的，步骤二所述在
ɑ
/β两相区的热轧温度为800～850℃，保温时间1～2h，轧制变形率为90％～98％，终轧温度≥600℃。
[0017]优选的，步骤三所述热拉拔的温度为750～850℃，道次变形量为3～10％，拉拔速度为1.8～3m/min。
[0018]优选的，步骤三所述热拉拔过程中添加了润滑剂，润滑剂比重1.05～1.14g/cm3，所述润滑剂为石墨乳。
[0019]优选的，步骤四所述退火的温度为700～750℃，保温时间1～1.5h，退火完成后空冷至室温。
[0020]优选的，步骤五所述校直的直线度≤0.2mm/m，所述磨光的每道次磨削量为0.03～0.05mm。
[0021]优选的，还对精加工后的棒丝材进行了真空热处理，所述真空热处理的真空度<0.01Pa，时效温度为550～600℃，保温时间2～4h，真空热处理后随炉冷却至60℃以下出炉。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法。具体是采用多火次镦拔工艺，确保粗大的铸锭组织基本上被破碎，得到较均匀、细小的纤维组织；轧制、热拉拔、热处理工艺使得含铜相产生的弥散强化效果，又具有微米、亚微米晶粒基体确保良好的塑性。因此，本专利技术是将细晶强化与弥散强化结合在一起，显著提高强度的同时材料的塑性并未降低。本专利技术制备的抗感染医用含铜钛合金棒丝材抗拉强度高于1100MPa，屈服强度高于1000MPa，断后伸长率高于15％，断面收缩率高于35％，晶粒度等级高于13.5级，晶粒尺寸小于3μm。该方法可以广泛用于含铜钛合金棒丝材的生产加工中，对于抗感染医用含铜钛合金的批量化生产及临床广泛应用提供有力保障。
附图说明
[0023]图1为实施例2中含Cu钛合金显微组织；
[0024]图2为实施例5中含Cu钛合金显微组织。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术作进一步说明。
[0026]实施例1
[0027]一种抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法，步骤如下：
[0028]步骤一，锻造：以VAR熔炼设备进行三次熔炼获得的含铜钛合金成品铸锭为原料，
将所述成品铸锭加热到相变点以上，控制温度为1050℃，保温时间为3h，在β相区进行多火次墩拔锻造，多火次镦拔锻造中的总锻比为12，高径比1.9，终锻温度850℃；然后控制温度为960℃，保温时间为3h，在β相区拔长锻造处理，拔长锻造中总锻比为7，终锻温度800℃，得到方坯；
[0029]所述铸锭由以下重量百分比的化学成分组成：V：4.0％，Al：6.0％，Cu：4.5％，O：0.11％，Fe：0.14％，余量为Ti；
[0030]步骤二，轧制：将第一步锻造得到的方坯修磨表面微裂纹、折叠等缺陷后，依次在β相区和
ɑ
/β两相区进行热轧处理，得到棒坯；所述在β相区的热轧温度为920℃，保温时间2h，轧制变形率为85％，终轧温度700℃；所述在
ɑ
/β两相区的热轧温度为850℃，保温时间1h，轧制变形率为95％，终轧温度600℃；
[0031]步骤三，热拉拔：将步骤二轧制得到的棒坯车削至无表面缺陷后，添加比重1.1g/cm3的石墨乳作为润滑剂，控制温度为800℃，道次变形量为9％，拉拔速度为2m/min，在
ɑ
/β两相区进行热拉拔；
[0032]步骤四，热处理：将步骤三热拉拔完成的棒坯进行截料后，控制温度为700℃，保温时间1h，在
ɑ
+Ti2Cu+β三相区进行退火处理，退火完成后空冷至室温；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，锻造：以含铜钛合金成品铸锭为原料，将所述成品铸锭加热到相变点以上，在β相区进行多火次墩拔锻造和拔长锻造处理，得到方坯；所述铸锭由以下重量百分比的化学成分组成：V：3.5～4.5％，Al：5.5～6.5％，Cu：3.0～7.0％，O≤0.13％，Fe≤0.25，余量为Ti；步骤二，轧制：将第一步锻造得到的方坯进行修伤后，依次在β相区和
ɑ
/β两相区进行热轧处理，得到棒坯；步骤三，热拉拔：将步骤二轧制得到的棒坯进行修伤后，在
ɑ
/β两相区进行热拉拔；步骤四，热处理：将步骤三热拉拔完成的棒坯进行截料后，在
ɑ
+Ti2Cu+β三相区进行退火处理；步骤五，精加工：将步骤四热处理完成的棒坯进行校直、磨光得到所述抗感染医用含铜钛合金棒丝材。2.根据其权利要求1所述的抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法，其特征在于，步骤一所述多火次墩拔锻造的温度为1000～1050℃，保温时间为3～4h；多火次镦拔锻造中的总锻比为9～12；高径比≤2.0；终锻温度≥850℃。3.根据其权利要求1所述的抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法，其特征在于，步骤一所述拔长锻造温度为950～1000℃，保温时间为2～3h；拔长锻造中总锻比为5～7，终锻温度≥800℃。4.根据其权利要求1所述的抗感染医用含铜钛合金棒丝材的加工方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏芳，郑永利，马宏刚，
申请(专利权)人：宝鸡鑫诺新金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：