CN102247117B - 医用钛合金窥镜材料及窥镜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了医用钛合金窥镜活动部分按照质量百分比，Al 5.5%-6%，Nb 6%-7%，Ta 1.5%-2%，其余Ti；窥镜基体部分按照质量百分比，Al 5.5%-6.8%，V 3.5%-4.5%，Ta 0.1%-0.2%，Mo 10%-20%，其余Ti。本发明还公开了该窥镜的制备方法，对Al、Nb、Ta、Ti合金元素进行热处理、冷加工，再经过固溶处理，空冷后机加工成窥镜活动部分。再将Ti与Al、V、Ta、Mo合金元素压制成电极块，水冷铜坩埚进行熔炼，铸锭锻造，轧机拉伸轧制成管状，机加工成窥镜基体部分，最后把窥镜活动部分与窥镜基体部分焊接即制得。具有强度高、耐热与耐低温性、无磁性、无毒性的优点。
Description
技术领域
本发明属于医疗装置技术领域，涉及一种医用钛合金窥镜材料，本发明还涉及该医用钛合金窥镜的制备方法。
背景技术
窥镜是一种常用的手术器械。然而现有的窥镜采用钢和不锈钢材料制成，由于钢和不锈钢材料的材质本身的特性，所以具有比重（密度）大、有毒性（内存微毒元素Ni和Cr）、耐磨性差、强度一般的缺点，采用钢和不锈钢材料制备的窥镜，还具有生物相容性一般、手术时医生容易疲劳的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种医用钛合金窥镜材料，轻巧、精细，具有比强度高、耐热与耐低温性、无磁性的优点，同时还具有优异的耐腐蚀性、无毒性、超导性、记忆性、优良的生物相容性、血液相容性、力学相容性特点。
本发明的另一目的是该医用钛合金窥镜的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种医用钛合金窥镜的制备方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，
制备窥镜活动部分：
按照质量百分比选取5.5%-6%的AL，6%-7%的Nb，1.5%-2%的Ta，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%；将以上取得的AL、Nb、Ta、Ti放入真空自耗电弧炉中进行熔炼，在750℃～950℃温度范围内进行热处理，然后在室温下对合金进行冷加工处理，再在800℃～1000℃温度范围进行固溶处理，空冷后机加工成窥镜活动部分；
制备窥镜基体部分：
首先按照质量百分比选取5.5%-6.8%的AL，3.5%-4.5%的V，0.1%-0.2%的Ta，10%-20%的Mo，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%；将取得的Ti与AL、V、Ta、Mo混合后，用千吨油压机将混合物均匀压制成电极块，用氩弧焊接电极，然后放入真空自耗电弧炉中通过水冷铜坩埚进行熔炼，为了防偏析熔炼三次，第一次熔炼时熔炼速度为5kg/min，第二次与第三次熔炼时速度为8kg/min，其中，每次熔炼时真空度不小于5×10-3毫米汞柱，每次熔炼温度为2800℃-3300℃，每次熔炼时间3-4小时，每次保温时间2.5-4小时；然后铸锭锻造，锻造时采用速锻，在900℃时用穿孔机穿孔，然后通过轧机拉伸轧制成管状，接着机加工成窥镜基体部分；
步骤2，
通过氩弧焊接把步骤1制得的窥镜活动部分与窥镜基体部分焊接在一起，制得钛合金窥镜。
本发明所采用的另一技术方案是，医用钛合金窥镜活动部分材料，按照质量百分比，由以下组分组成：AL 5.5%-6%，Nb 6%-7%，Ta 1.5%-2%，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%。
本发明所采用的又一技术方案是，医用钛合金窥镜基体部分材料，按照质量百分比，由以下组分组成：AL 5.5%-6.8%，V 3.5%-4.5%，Ta 0.1%-0.2%，Mo 10%-20%，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%。
本发明的有益效果是，选取具有比强度高、耐热与耐低温性、无磁性的钛合金，然后采用特殊的加工方法得到的钛合金窥镜，具有优异的耐腐蚀性、无毒性、超导性、记忆性、优良的生物相容性、血液相容性、力学相容性特点，且力学强度、抗扭转性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、冲击韧性、抗剪切性能都比原来常用的不锈钢基体优良。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的医用钛合金窥镜由两部分构成，第一部分为窥镜活动部分，第二部分为窥镜基体部分。
其中，窥镜活动部分包括：钳柄、夹钳、抓钳、离钳、骨钳、刮匙、刀、剪、钩、接头内窥镜部件；窥镜活动部分采用合金Ti-6AL-7Nb-2Ta。具体说来，该窥镜活动部分按照质量百分比，由以下组分组成：
AL 5.5%-6%，Nb 6%-7%，Ta 1.5%-2%，其余为Ti，
以上组分的质量百分比总和为100%。
AL含量选择5.5%-6%，Nb含量6%-7%，用于改善窥镜活动部分的强度和耐磨性，Ta含量为1.5%-2%，使得窥镜活动部分可塑性良好。
窥镜基体部分具体来说，按照质量百分比，由以下组分组成：
AL 5.5%-6.8%，V 3.5%-4.5%，Ta 0.1%-0.2%，Mo 10%-20%，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%。
加入0.1%-0.2%的Ta使得窥镜在植入人体可视性好。加入10%-20%的Mo可提高冷加工能力，冷加工成型性好，改善材料耐磨、耐腐蚀性，强化合金，提高加工性能。加入5.5%-6.8%的AL为了减少比重提高比强度，保持足够的塑性，有效地强化提高热强化性，提高温室和高温抗拉强度，提高弹性模量，起固溶强化作用。并且，Ta属于β稳定元素，不同程度的降低钛α+β合金β相交点，β相稳定性能强，可以无限固溶于β相，起强化作用。3.5%-4.5%的V起强化作用、改善合金工艺塑形。
本发明还涉及该医用钛合金窥镜的制备方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1
制备窥镜活动部分：
首先按照质量百分比选取5.5%-6%的AL，6%-7%的Nb，1.5%-2%的Ta，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%；然后采用真空自耗电弧炉熔炼方法，真空度不小于10-3毫米汞柱、在750℃～950℃温度范围对合金进行热处理，然后在室温下对合金进行冷加工处理，再在800℃～1000℃温度范围经过固溶处理，提高机械强度，让植入人体的窥镜钛合金、不含有毒合金元素、生物相容性、血液相容、力学相容组织、相容性优良、弹性模量低、强度提高。空冷后加工成窥镜活动部分。
制备窥镜基体部分：
首先按照质量百分比选5.5%-6.8%的AL，3.5%-4.5%的V，0.1%-0.2%的Ta，10%-20%的Mo，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%，用千吨油压机将0级或1级细粒海绵钛与AL、V、Ta、Mo合金元素均匀压制成电极块，用氩弧焊接电极，然后放入真空自耗电弧炉中通过水冷铜坩埚进行熔炼，为了防偏析熔炼三次，第一次熔炼时熔炼速度为5kg/min，第二次与第三次熔炼时速度为8kg/min，其中，每次熔炼时真空度不小于5×10-3毫米汞柱，熔炼温度为2800℃-3300℃，熔炼时间3-4小时，保温时间2.5-4小时；然后铸锭锻造，锻造时要速锻，接着在900℃时用穿孔机穿孔，轧机拉伸轧制成管状，接着机加工成窥镜基体部分。
步骤2，
通过氩弧焊接把窥镜活动部分与窥镜基体部分焊接在一起，制得钛合金窥镜。
本发明的钛合金窥镜手术器械主要优点综合如下：
1. 钛合金窥镜比同类不锈钢窥镜手术器械均轻45%～60%具有精细、轻巧、可减轻医生的疲劳、降低医务人员的劳动强度。
2. 具有优异的耐腐蚀性能、克服不锈钢容易生锈的缺点、保管使用方便、使用任一种消毒灭菌方法不会刺激眼睛。
3. 钛合金窥镜是无磁性、解决了器械与器械材料之间的磁性作用。
4. 钛合金窥镜材料生物相溶性好、血液相溶性和组织相溶性优良、无毒性、植入人体使用时不会产生宿生反应。
5. 由于钛合金窥镜力学性能好、抗拉强度高（最高可达1400Mpa）比强度（抗拉强度/密度）在金属材料中几乎最高、具有灵活性、形状记忆管件部分可灵活改变手术方向、简便灵活。
实施例1
按照质量百分比选取5.5%的AL，6%的Nb，1.5%的Ta，87%的Ti，然后采用真空自耗电弧炉熔炼，在750℃对称取的AL、Nb、Ta、Ti合金元素进行热处理，然后在室温下对合金进行冷加工处理，再在800℃经过固溶处理，空冷后机加工成窥镜活动部分。按照质量百分比选取5.5%的AL，3.5%的V，0.1%的Ta，10%的Mo，80.9%的Ti；用千吨油压机将Ti与AL、V、Ta、Mo合金元素均匀压制成电极块，用氩弧焊接电极，然后放入真空自耗电弧炉中通过水冷铜坩埚进行熔炼，为了防偏析熔炼三次，第一次熔炼时熔炼速度为5kg/min，第二次与第三次熔炼时速度为8kg/min，其中，每次熔炼时真空度大于5×10-3毫米汞柱，每次熔炼温度为2800℃，每次熔炼时间3小时，每次保温时间2.5小时；然后铸锭锻造，锻造时采用速锻，在900℃时用穿孔机穿孔，然后通过轧机拉伸轧制成管状，接着机加工成窥镜基体部分。通过氩弧焊接把制得的窥镜活动部分与窥镜基体部分焊接在一起，制得钛合金窥镜。
实施例2
按照质量百分比选取6%的AL，7%的Nb，2%的Ta，85%的Ti，然后采用真空自耗电弧炉熔炼，在950℃对称取的AL、Nb、Ta、Ti合金元素进行热处理，然后在室温下对合金进行冷加工处理，再在1000℃经过固溶处理，空冷后机加工成窥镜活动部分。按照质量百分比选取6.8%的AL，4.5%的V，0.2%的Ta，20%的Mo，68.5%的Ti；用千吨油压机将Ti与AL、V、Ta、Mo合金元素均匀压制成电极块，用氩弧焊接电极，然后放入真空自耗电弧炉中通过水冷铜坩埚进行熔炼，为了防偏析熔炼三次，第一次熔炼时熔炼速度为5kg/min，第二次与第三次熔炼时速度为8kg/min，其中，每次熔炼时真空度大于5×10-3毫米汞柱，每次熔炼温度为3300℃，每次熔炼时间4小时，每次保温时间4小时；然后铸锭锻造，锻造时采用速锻，在900℃时用穿孔机穿孔，然后通过轧机拉伸轧制成管状，接着机加工成窥镜基体部分。通过氩弧焊接把制得的窥镜活动部分与窥镜基体部分焊接在一起，制得钛合金窥镜。
实施例3
按照质量百分比选取5.8%的AL，6.5%的Nb，1.7%的Ta，86%的Ti，采用真空自耗电弧炉熔炼，在850℃对称取的AL、Nb、Ta、Ti合金元素进行热处理，然后在室温下对合金进行冷加工处理，再在900℃经过固溶处理，空冷后机加工成窥镜活动部分。按照质量百分比选取6%的AL，4%的V，0.15%的Ta，15%的Mo，74.85%的Ti；用千吨油压机将Ti与AL、V、Ta、Mo合金元素均匀压制成电极块，用氩弧焊接电极，然后放入真空自耗电弧炉中通过水冷铜坩埚进行熔炼，为了防偏析熔炼三次，第一次熔炼时熔炼速度为5kg/min，第二次与第三次熔炼时速度为8kg/min，其中，每次熔炼时真空度大于5×10-3毫米汞柱，每次熔炼温度为3000℃，每次熔炼时间3.5小时，每次保温时间3小时；然后铸锭锻造，锻造时采用速锻，在900℃时用穿孔机穿孔，然后通过轧机拉伸轧制成管状，接着机加工成窥镜基体部分。通过氩弧焊接把制得的窥镜活动部分与窥镜基体部分焊接在一起，制得钛合金窥镜。
采用上述实施例2制得的窥镜活动部分、窥镜基体部分与现有不锈钢窥镜基体材料的力学性能比较，见表1。
表1钛合金窥镜基体、记忆合金窥镜基体与不锈钢窥镜基体力学性能比较
窥镜手术器械基体材料要求力学强度、抗扭转性能、耐腐蚀性能、耐磨性能、冲击韧性、抗剪切性能都比原来常用的不锈钢窥镜基体优良。内窥镜钛合金基体材料更轻巧、精细、更可靠，可以使用任何一种消毒方法消毒。经过测试，窥镜活动部分变形温度0℃~5℃，恢复温度32℃~37℃，恢复力19.6N（直径为3mm丝），抗拉强度 1050 MPa ~1290MPa，疲劳强度565 MPa，剪切强度820~945 MPa，冲击韧性27.5 Kg·m/cm2，屈服弯矩5.69N·m，屈服扭矩2.37N·m，均优于现有的不锈钢窥镜。
Claims (1)
1.一种医用钛合金窥镜的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤1，
制备窥镜活动部分：
按照质量百分比选取5.5%-6%的Al，6%-7%的Nb，1.5%-2%的Ta，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%；将以上取得的Al、Nb、Ta、Ti放入真空自耗电弧炉中进行熔炼，真空度不小于10-3毫米汞柱，在750℃～950℃温度范围内进行热处理，然后在室温下对合金进行冷加工处理，再在800℃～1000℃温度范围进行固溶处理，空冷后机加工成窥镜活动部分；
制备窥镜基体部分：
首先按照质量百分比选取5.5%-6.8%的Al，3.5%-4.5%的V，0.1%-0.2%的Ta，10%-20%的Mo，其余为Ti，以上组分的质量百分比总和为100%；将取得的Ti与Al、V、Ta、Mo混合后，用千吨油压机将混合物均匀压制成电极块，用氩弧焊接电极，然后放入真空自耗电弧炉中通过水冷铜坩埚进行熔炼，为了防偏析熔炼三次，第一次熔炼时熔炼速度为5kg/min，第二次与第三次熔炼时速度为8kg/min，其中，每次熔炼时真空度不小于5×10-3毫米汞柱，每次熔炼温度为2800℃-3300℃，每次熔炼时间3-4小时，每次保温时间2.5-4小时；然后铸锭锻造，锻造时采用速锻，在900℃时用穿孔机穿孔，然后通过轧机拉伸轧制成管状，接着机加工成窥镜基体部分；
步骤2，
通过氩弧焊接把步骤1制得的窥镜活动部分与窥镜基体部分焊接在一起，制得钛合金窥镜。
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