[发明专利]一种用于制造椎弓根螺钉的医用钛合金棒材的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于制造椎弓根螺钉的医用钛合金棒材的制备方法，包括以下步骤：扒皮；表面处理；控温拉拔；切断；高温退火；双曲线冷矫直；去应力退火；磨光。本发明采用控温拉拔、完全退火与冷矫直、去应力处理相结合的工艺方式，制备医用钛合金棒材，即以热轧材为坯料经过控温拉拔成形及去应力处理工艺获得最终产品。与热轧、热拔等传统工艺相比，棒材在控温拉拔变形过程中，由于晶粒变形导致位错塞积使材料产生加工硬化，导致材料强度提高。并通过适当的高温热处理使塑性提升，并使强度维持较高水平从而提高材料的机械性能。采用本发明得到的医用钛合金棒材用于制造椎弓根螺钉后，椎弓根螺钉的U型槽口缩口在0.05mm以下，且缩口稳定。

技术领域

本发明属于金属材料制备技术领域，涉及用于制造椎弓根螺钉的医用Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V ELI合金棒材的制备方法。

背景技术

钛及钛合金具有高人体相容性、低密度、低弹性模量、耐人体体液腐蚀和优良的机械性能等优点，被广泛用于外科矫形手术中。钛合金棒、板、丝材主要用于制造外科创伤及脊柱修复用连接棒、骨板、骨钉等，作为受力器件植入人体内。由于钛合金的机械失效性低，生物相容性好已经成为制造椎弓根螺钉的理想材料。目前，国内外脊柱椎弓根螺钉材质主要采用Ti-6Al-4V或Ti-6Al-4VELI合金棒材制备，其中椎弓根螺钉(所需棒材直径范围ф13.0～ф15.0mm)是一种用金属棒加工的“U型槽口的螺钉”，用于人体的脊柱外科手术中。

影响Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V ELI合金棒材性能的主要因素是加工工艺。西安赛特思迈钛业有限公司的李雷等人，发表了《一种椎弓根螺钉用钛合金棒材的制备方法》。该方法研究了Ti-6Al-4V或Ti-6Al-4V ELI钛合金棒材利用立式矫直的方式去除残余应力的方法，最终获得的椎弓根螺钉(U型钉)所需的棒材。但是该方法获得的椎弓根螺钉所需的棒材在立式矫直后又产生了新的应力，且会产生尺寸精度变化，尤其是批量生产可操作性差、生产效率低。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种尺寸精度稳定、生产效率高的用于制造椎弓根螺钉的医用钛合金棒材的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用于制造椎弓根螺钉的医用钛合金棒材的制备方法，包括以下步骤：

A、扒皮：使用无心车将轧制棒材进行扒皮，得到光亮棒材。

B、表面处理：将光亮棒材酸洗处理后，检查棒材表面残留的的轧制缺陷，使用角磨机将棒材表面残留缺陷处理干净。

C、控温拉拔：将无缺陷的棒材挂膜处理后用拉拔机进行4～7道次控温拉拔，加工至相应规格的半成品。

D、切断：经控温热拉拔加工至相应规格的半成品，按照0.50～3.66m长度进行切断。

E、高温退火：棒材经大气退火，空冷，以消除加工产生应力，改善其综合性能。

F、双曲线冷矫直：利用矫直机对棒材进行矫直加工，矫直后直线度≤0.20mm/m。

G、去应力退火：将矫直后的棒材均匀分层摆放在长方型空管料架内，上下压紧，杜绝由于去应力退火过程造成的弯曲变形，去应力处理后棒材直线度≤0.20mm/m，棒材的弯曲度≤0.50mm/m。

F、磨光：无心磨磨光成成品。

H、经检查检验合格后，检斤、包装、入库、发货。

进一步地，步骤B所述的酸洗处理配方如下：氢氟酸3％-5％；硝酸35％-40％；余量为水。

进一步地，步骤C所述的控温拉拔的要求如下：拉拔变形量控制在每道次减少0.40～0.70mm，使用温度范围为700～800℃，拉拔速度为0.5～3m/min。