CN102441222A

CN102441222A - 一种同轴复合丝材及其制造方法和用途

Info

Publication number: CN102441222A
Application number: CN2010105045956A
Authority: CN
Inventors: 张田宏; 钱卫东; 王建华; 魏战江; 蒲忠杰
Original assignee: BEIJING TIANDIHEXIE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING TIANDIHEXIE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明公开了一种同轴复合丝材及其制造方法和用途。该复合丝材以高弹性、刚性小的合金材料为芯材，以强度高、刚性大的金属及合金材料为覆层材料，两材料同轴并且丝材横截面上芯材占有的面积百分比为30％-85％。该复合丝材兼有高弹性合金材料的弹性特征和大刚性、高强度金属材料较高的强度及刚性特征，两种不同的材料特性在同一种丝材上得到了充分的体现，扩大了材料的应用范围，且在某些应用中避免了两种材料焊接或粘结，安全性得到提高。

Description

一种同轴复合丝材及其制造方法和用途

技术领域

本发明涉及金属复合加工技术领域，特别是涉及一种同轴复合丝材及其制造方法和用途。

背景技术

随着材料科学的发展，各种性能优良的新材料不断地出现，并广泛地应用于各个领域。然而，科学技术的进步对材料的性能提出了更高的要求，复合材料是应现代科学技术发展涌现出的具有极大生命力的新型材料，它由两种或两种以上性质不同的材料，通过各种工艺手段组合而成。复合材料的各个组成材料在性能上起协同的作用，得到单一材料无法比拟的优越的综合性能。

Ni-Ti等形状记忆合金是新型的功能材料，具有特殊的形状记忆效应和超弹性，加之较高的强度、抗腐蚀性和良好的生物兼容性，在医疗器械等多领域获得了重要的应用。有些场合需要即利用此类材料的弹性和记忆效应，又需要其他材料的刚性和强度。但由于此类材料与其他材料的连接存在技术难点，目前对焊接或其他连接方式的探索还处在研究阶段，其应用受到很大的限制。例如在治疗冠心病的经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention，简称PCI)手术中，对导管和植入器械进入人体器官起导轨和定位作用的导丝，在临床应用上要求其近端具备一定的推送性、操控性，而远端进入迂曲血管要求具有柔软性和恢复性，这需要制作导丝近端的材料具有一定的刚度和硬度，制作导丝远端的材料具有一定的弹性和柔软性。为了达到这样的目的，在专利US6602208中采用套管将不锈钢和镍钛合金连接起来，这样做在制造工艺上比较复杂，且管状部位硬度较高，是导丝长度方向的一个硬结，影响了长度方向弹性的连贯性，并且，不锈钢和镍钛合金丝材进入套管时需要磨细，此部位在导丝使用中存在不能完全传递扭转力并存在一定的安全隐患；在特开2008-161599和特开2008-168004等专利中采用对接焊接方法将导丝主体两部分焊接起来，对接焊接的接触面积小，焊接接头使用性能存在安全隐患。在专利US6039699A中公开了一种带有柔性远端的刚性导管导丝，将外层材料直接包裹到核材料上，此种方法会存在两种材料结合面不够紧密，在后续导丝远端无心磨削过程中，两材料过渡处会出现界面分层和局部开裂，在导丝使用中可能导致伤害血管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于制作导丝的同轴复合丝材，兼具内芯材料具有高弹性和覆层材料具有大刚性的特点。针对上述方法中两种材料结合强度低等问题，提供一种材料复合方法和工艺，在两材料保持自身特性的同时，实现两材料间牢固的冶金结合，满足导丝的使用要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案提供一种同轴复合丝材，包括丝材内芯(或称芯材)和覆层，其中，内芯是高弹性、刚性小的金属及合金材料，覆层为强度高、刚性大的金属及合金材料，两者同心同轴按一定比例组成一定尺寸的丝材。该同轴复合丝材的内芯为Ni-Ti系合金；或Cu-Zn合金；或Cu-Zn-X合金(X是Be、Si、Sn、Al之中的至少一种)；或Ni-Al系合金；或Ni-Cr系合金；或Fe-Mn系合金等，或包括至少一种前述金属合金的混合材料；其覆层材料为奥氏体不锈钢，例如SUS304、SUS316、SUS316L等，或马氏体不锈钢，例如SUS 403、SUS 410、SUS 420、SUS 440以及1RK91等，或是钴基合金，例如MP35N、L605、Elgiloy(ELGILOY公司的非磁性合金，为钴铬镍合金，具备高强度、可塑性和较好的机械性能)、3J21等，或包括至少一种前述金属及合金的混合材料。

本发明的同轴复合丝材，丝材横截面上芯材占有的面积百分比优选为30％-85％；丝材的直径优选为0.1～0.89mm。

本发明的同轴复合丝材，是采用芯材棒料放入合适尺寸的管状覆层材料中，经过爆炸复合、施加压力复合或芯层材料外覆带材焊管等方法进行复合，复合的坯料经过高温短时退火处理后，进行多次拉拔，拉拔道次间按照覆层退火温度和覆层厚度来计算退火时间进行管式快速退火处理，直至拉拔至所需要的尺寸。

本发明与现有技术相比，芯材与覆材之间由于棒料的复合及多次拉拔过程中模具对丝材施加的压力，保证了覆层与内芯两材料间具有高的结合强度，避免了在应用过程中由于无心磨削或其他加工方式导致的界面分层和局部开裂等问题。另外，由于在丝材拉拔过程中采用了管式快速退火热处理工艺，保证了两种材料特有的力学性能。

本发明的同轴复合丝材，由于其优越的性能，可以广泛应用于医用导丝上。根据本发明的一种优选实施方式，本发明还提供一种导丝，其具有导丝主体以及导丝主体远端设置的弹簧线圈，其中，导丝主体由上述的同轴复合丝材制作而成，导丝主体长度为90～500cm，主体结构近端丝材外径均一，主体结构远端丝材的远端为磨削的锥形、抛物线型或流线型结构，弹簧线圈设置在主体结构远端丝材的磨削结构上，在导丝远端头部，弹簧线圈内部的主体丝材的尖端压扁，为一尖端压扁部。本发明的导丝结构，通过将同轴复合丝材的前端采用无心磨床磨削后，露出弹性好的芯材，得到的导丝在远端部保证了足够的柔软性和恢复性，降低了导丝的对血管的损伤可能性，近端丝材的刚性较大，保证了导丝的推送性、扭控性等方面性能良好。由于导丝主体采用的是一根贯穿到底的结构，而非焊接结合或套管粘结结合，对近端侧的扭控力和推送力的传输更准确、更连贯，使用安全性也得到提高。

附图说明

图1为本发明实施例的同轴复合丝材的结构示意图；

图2为本发明实施例的同轴复合丝材在导丝上的应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1：

以制作0.35mm304V-0.25mmNiTi复合丝材为例，说明一下本发明采用的工艺流程与工艺参数。

采用直径为2.47mm超弹性NiTi丝材，用厚度0.38mm的304V带材包覆NiTi丝材并焊管，制作成外径为3.25mm复合坯料。

对复合坯料进行200-400℃温拉拔，每道次变形量为5-10％，拉拔后在900-1050℃下进行管式快速退火处理以消除加工应力，根据每道次拉拔后覆层304V厚度计算热处理时间和在线速度。

最后一道拉拔采用冷拉拔，控制变形量小于5％。

复合坯料每道通过拉丝模具和退火后，浸入循环冷却液进行冷却，循环冷却液的温度为15-30℃，复合丝材冷却后收线在直径大于200mm盘上。

最后得到了如图1所示的同轴复合丝材10，丝材直径为0.345mm，NiTi芯材12直径0.246mm，丝材横截面上芯材占的面积百分比为51％。

两种材料复合丝材制作的难点在于，保证两者达到紧密结合的同时，两种材料能保持自身的特性，即：覆层304V能够保持较高的强度和刚性，芯材NiTi能够保持超弹性。但两种材料在拉拔过程中退火工艺不一致，如单纯满足考虑304V的退火温度，可能会损害NiTi的力学性能，如顾忌NiTi的力学性能，304V不能完全退火，则下一道的拉拔就会导致材料断裂。另外，NiTi丝材拉拔需要温拉，而304V需要冷拉才能达到较高的刚性。

实施例2：

以制作0.345mmMP35N-0.25mmNiTi复合丝材为例，说明一下本发明采用的工艺流程与工艺参数。

采用直径为6mm超弹性NiTi棒料和外径7.8mm、内径6.2mmMP35N管材，对包覆管材和NiTi金属芯棒进行表面处理，把处理过的金属芯棒组装到包覆金属管内并置于定位装置的圆柱套筒内，在包覆金属管和圆柱套筒内均匀地分布炸药，引爆，瞬间实现包覆金属管与金属芯棒的复合。对复合棒材进行30分钟500℃真空退火后，对复合坯料进行200-400℃温拉拔，每道次变形量为5-10％，拉拔后在1010-1150℃下进行管式快速退火处理以消除加工应力，根据每道次拉拔后覆层MP35N厚度计算热处理时间或在线速度。

最后一道拉拔采用冷拉拔，控制变形量小于5％。

最后得到了如图1所示的同轴复合丝材10，丝材直径为0.358mm，横截面积NiTi芯材12直径0.24mm，丝材横截面上芯材占的面积百分比为45％。

制作带有MP35N覆层的复合丝材和制作带有304V覆层的复合丝材一样，同样存在两者的退火温度不同，拉拔过程中要同时考虑既能保证MP35N的弹性和硬度，又不能损失芯材NiTi的弹性和记忆功能。

在以上实施例中，采用管式快速退火处理，即保证了覆层的完全退火，又控制了芯材NiTi的温度不能过高。

实施例3：

图2是表示本发明的同轴复合丝材在导丝上应用的示意图。图2所示的导丝，具有导丝主体20以及导丝主体远端设置的弹簧线圈23，其中，导丝主体20由同轴复合丝材10制作而成，导丝主体20长度为90～500cm，优选长度为175cm～300cm。主体结构近端丝材21外径均一，主体结构远端丝材22的远端为磨削的锥形、抛物线型或流线型结构，弹簧线圈23设置在主体结构远端丝材22的磨削结构上，在导丝远端头部，弹簧线圈23内部的主体丝材22的尖端压扁，尖端压扁部24利于在手术中对导丝头端进行塑型。

远端丝材22的远端部采用从远端到基端外径逐渐增大的过渡结构，其外形可为分阶段锥形过渡、流线型过渡或抛物线型圆滑过渡。本实施例中采用锥形过渡。

主体丝材20在前端部弹簧线圈23内部的芯丝压扁的远端24连接到头端，与弹簧线圈23焊接。或者，远端丝材22在弹簧线圈23内部可设置塑型用的扁丝，所述扁丝的近端连接所述主体丝材22远端芯核的端末、另一端连接至头端与弹簧线圈焊接。在本实施例中采用主体丝材22远端芯丝压扁方式。

在主体丝材20和弹簧线圈23的外周涂覆有光滑的涂层25，所述涂层的材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氨基甲酸酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、硅树脂、氟树脂中的任意一种、或包括至少一种所述材料的复合材料。

本实施例的导丝结构，通过将同轴复合丝材10的前端采用无心磨床磨削后，露出弹性好的芯材12，得到的导丝在远端部保证了足够的柔软性和恢复性，降低了导丝的对血管的损伤可能性，近端丝材11的刚性较大，保证了导丝的推送性、扭控性等方面性能良好。由于导丝主体采用的是一根贯穿到底的结构，而非焊接结合或套管粘结结合，对近端侧的扭控力和推送力的传输更准确、更连贯，使用安全性也得到提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种同轴复合丝材，包括芯材和覆层，其特征在于，所述芯材为高弹性、刚性小的金属及合金材料，所述覆层为强度高、刚性大的金属及合金材料，两者同心同轴按比例复合成丝材。

2.如权利要求1所述的同轴复合丝材，其特征在于，所述芯材为Ni-Ti系合金；或Cu-Zn合金；或Cu-Zn-X合金，其中X为Be、Si、Sn、Al中的至少一种；或Ni-Al系合金；或Ni-Cr系合金；或Fe-Mn系合金；或包括至少一种前述金属合金的混合材料。

3.如权利要求1或2所述的同轴复合丝材，其特征在于，所述覆层材料为奥氏体不锈钢；或马氏体不锈钢；或钴基合金；或包括至少一种前述金属及合金的混合材料。

4.如权利要求1-3任一项所述的同轴复合丝材，其特征在于，所述丝材横截面上芯材占的面积百分比为30％-85％。

5.如权利要求1-4任一项所述的同轴复合丝材，其特征在于，其直径为0.1～0.89mm。

6.一种制造权利要求1-5任一项所述的同轴复合丝材的方法，其特征在于，将芯材棒料放入相配合的管状覆层材料中，经过爆炸复合、施加压力复合或芯层材料外覆带材焊管的方法进行复合，得到复合坯料，所述复合坯料再经过高温短时退火处理后，进行多次拉拔制得。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多次拉拔的道次之间进行管式快速退火处理。

8.权利要求1-5任一项所述的同轴复合丝材在制作导丝上的应用。

9.一种导丝，其特征在于，具有导丝主体(20)以及导丝主体远端设置的弹簧线圈(23)，其中，导丝主体(20)由权利要求1-5任一项所述的同轴复合丝材(10)制作而成，导丝主体(20)长度为90～500cm，主体结构近端丝材(21)外径均一，主体结构远端丝材(22)的远端为磨削的锥形、抛物线型或流线型结构，弹簧线圈(23)设置在主体结构远端丝材(22)的磨削结构上，在导丝远端头部，弹簧线圈(23)内部的主体丝材(22)的尖端压扁，为一尖端压扁部(24)。