[发明专利]一种医用钛合金小直径厚壁管的制备工艺

说明书

【技术领域】

本发明涉及材料制备领域，尤其涉及一种医用钛合金小直径厚壁管的制备工艺。

【背景技术】

钛合金近年来在生物医学领域等获得越来越广泛的应用，全球骨科植入器械和植入材料市场近5年的复合增长率约10.4％，2015年已经达到277 亿美元，中国骨科植入市场已达到166亿元人民币，年复合增长率达18.1％，中国市场已经是全球焦点，在手术例数、产品数、产品市值等方面已经成为全球第二大市场国，对高质量医疗器械的需求正在稳定增加。

目前应用于骨修复的生物材料要求不仅能够替代被损坏组织，还应具有良好的生物相容性，促进组织功能的再生和改善。在众多的骨修复材料中，生物医用金属材料具有良好的力学性能、易加工性和稳定性，尤其是钛及钛合金因具有优良的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高强度等特点，在骨修复领域得到了广泛的应用，如中空骨钉，骨板，人工关节，牙种植体等等，其中以中空骨钉的应用最为广泛。

中空骨钉是一种用于植入人体体内治疗骨科创伤的医疗器械，目前其主要加工方法是切削加工，所需要的坯料尺寸一般为外径6-16mm，内孔为2-4mm，长度为30-120mm的厚壁钛合金管材。

由于中空骨钉内孔很小，国内主要采用较短的实心钛合金棒材打孔，然后车削外部螺纹的加工工艺，由于钛合金的加工粘性大，在用小直径钻头打孔时，经常因为钻孔偏离中心而造成废品，加工成品率较低，不能实现大规模工业化生产。国外则采用直接制备约3m的厚壁钛合金管材，同心度较好，直接进入加工中心车削钛合金骨钉，因此成品率和加工效率非常高，但由于国外的技术封锁，我国目前还不能制备3m长的厚壁钛合金管材，造成国外厚壁钛合金管材价格昂贵，国内骨钉又不能高效率生产，最终使得骨钉居高不下，给我国手术患者造成了沉重的医疗负担。

【发明内容】

为克服现有技术的局限性，本发明提供一种医用钛合金小直径厚壁管的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：采用真空自耗电弧熔炼法制备超低间隙医用钛合金锭，再将所述超低间隙医用钛合金锭锻造开坯制成圆棒，后在斜轧穿孔机上斜轧出超低间隙钛合金管坯；

步骤B：对所述超低间隙钛合金管坯进行加热后采用行星轧机轧制成厚壁管材坯料，轧制时芯杆采用钨合金；

步骤C：将用行星轧机轧制成的厚壁管材坯料加热，加热后将外层热镀一层低熔点材料的耐热杆材做芯杆，插入厚壁管材坯料内孔中，放入旋锻机中旋锻成小直径管材，旋锻时厚壁管材包覆的耐热杆材同步运动，经旋锻后，耐热杆材做的芯杆外径不变，管材壁厚和直径减小；

步骤D：对旋锻后的小直径管材和芯杆进行加热至低熔点材料的熔化温度，利用抽芯机将作为芯杆的耐热杆材拉出；

步骤E：将直径更小的耐热杆材做芯杆，外层热镀低熔点材料，插入旋锻后厚壁管材坯料内孔中，放入旋锻机中旋锻成更小直径管材，对再次旋锻的管材和直径更小的芯杆进行加热至低熔点材料的熔化温度，利用抽芯机将更小直径芯杆的耐热杆材拉出。

优选地，所述超低间隙医用钛合金锭选用超低间隙纯钛或钛合金，即氧、氮、碳、氢等间隙元素含量低的钛合金，其间隙元素含量的一般要求为：O≤0.13wt％，N≤0.03wt％，C≤0.08 wt％，H≤0.015wt％。

优选地，所述步骤A中所述圆棒直径为Φ 40-60mm，所述的在斜轧穿孔机上斜轧出的超低间隙钛合金管坯直径为Φ45-65mm，壁厚为 15-20mm。

优选地，所述步骤B中对管坯进行加热，所述的加热温度为700-1000℃，采用行星轧机轧制成厚壁管材坯料，所述的轧制后的厚壁管材坯料直径为Φ20-30mm，壁厚为6-10mm，由于钛合金轧制温度较高，行星轧机芯杆采用钨合金。

优选地，所述步骤C中将用行星轧机轧制成的厚壁管材坯料加热，所述的加热温度为 700-1000℃，加热后将外层热镀一层低熔点材料的耐热杆材做芯杆，插入厚壁管材坯料内孔中，所述的用做芯杆耐热杆材为H 13钢杆或镍基高温合金杆，杆材直径为6-8mm，所述的外层热镀一层低熔点材料为铝或锡，镀层厚度100-200μm，放入旋锻机中旋锻成小直径管材，旋锻时厚壁管材包覆耐热杆材同步运动，经旋锻后，耐热杆材做的芯杆外径不变，所述的钛合金管材壁厚为 4-8mm和直径为14-24mm。

优选地，所述步骤D对管材和芯杆进行加热至低熔点材料的熔化温度300-700℃，利用抽芯机将作为芯杆的耐热杆材拉出。