CN109719186A - 一种异构医用不锈钢微创管及其制备方法和模具 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料领域，特别是一种异构医用不锈钢微创管及其制备方法和模具。微创管的材质为可产生应变诱导马氏体相变的不锈钢，微创管分为操作段和受力段，操作段为奥氏体组织，受力段为马氏体组织。制备方法是采用脉动液压成形技术，通过对管材的受力段反复液压胀形，诱导马氏体相变，实现以马氏体组织提高不锈钢微创管材受力段的强度和硬度，并同时保留管材操作段的奥氏体组织以提供良好的韧性。包括如下步骤：模具安装；胀形过程；反胀形过程；重复胀形过程和反胀形过程。本发明采用脉动液压反复胀形的方法制备微创管，并不引入其他材料和元素，在提高微创管强度时，对其防腐蚀和抗菌性都没有负面影响，且制备装置结构简单，效果好。

Description

一种异构医用不锈钢微创管及其制备方法和模具

技术领域

本发明属于材料领域，特别是一种异构医用不锈钢微创管及其制备方法和模具。

背景技术

内窥镜的微创手术是21世纪以来发展迅速的一种新型医用治疗方法，它与传统手术相比具有创口面积小，失血少；成像清晰更易准确诊断病情；操作精细易于减少不必要的感染和干扰；术后恢复快等优点。此手术具体操作为在人体表上开一个小口，然后将带有内窥镜的微创管介入人体组织，到达指定位置后，通过电脑成像对体内器官进行诊断分析，最后再利用微创手术器械进行微创治疗。因此，这需要微创管前端(操作段)具有较好的韧性，一方面，便于在人体的复杂组织内调整位置和方向；另一方面，良好的韧性可有效地保证微创器械的安全性和稳定性。相反，微创管的后端(受力段)则要求具有更高的强度和刚度，为操作段的推送提供足够的力学支持。然而，目前传统工艺制造的微创管，结构性能单一，无法同时满足微创管分段部位的具体操作时的强韧性要求。因此，研究微创管材的分段强韧化时目前微创医疗器械领域的一个重要需求。

经对现有技术的文献检索发现，徐林等人在《Vacuum&Cryogenics》2014年2月第20卷第1期上发表的“医用316L不锈钢表面改性研究及发展”一文中表明，现今对微创管的强化工艺主要有：利用机械研磨处理对不锈钢进行表面纳米化处理来提高其强度，但生产工序复杂；利用离子注入技术将所需元素电离打入基体表面来提高强度，但注入层较薄，绕镀性较差，设备成本较高；利用镀层技术在不锈钢表面镀上一种硬化层来提高其强度，但会降低其耐腐蚀性能且生产成本较高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种异构医用不锈钢微创管及其制备方法和模具。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种异构医用不锈钢微创管，所述异构医用不锈钢微创管的材质为可产生应变诱导马氏体相变的不锈钢，所述异构医用不锈钢微创管分为操作段和受力段，所述操作段为奥氏体组织，所述受力段为由应变诱导马氏体相变形成的马氏体组织。

一种微创管导入装置，包括上述的异构医用不锈钢微创管和控制机构，所述异构医用不锈钢微创管远离控制机构的一端为操作段，靠近控制机构的为受力段。

一种用于制备上述的异构医用不锈钢微创管的模具，所述模具包括上模、下模、固定板、压头、液压泵、液压管、液压孔；

在上模和下模内侧分别设置一个用以脉动液压胀形的凹槽型腔，合模之后，上模的凹槽型腔和下模的凹槽型腔形成一个完整的环形凹槽；在上模的凹槽型腔的顶部中心处设置一个液压孔，压头设置在相应的液压孔内；钢管位于上模和下模合模之后的型腔内，固定板用于对钢管两端进行固定；液压泵和液压管提供胀形压力，压头提供反胀形压力。

钢管的两端和上模、下模之间设置密封圈进行密封。

所述模具还包括定形模具，胀形过程完成后，调节液压泵将型腔中液压油抽出，在胀形状态钢管内装入定形模具，进行反胀形。

一种利用上述的模具制备异构医用不锈钢微创管的方法，包括如下步骤：

步骤一：模具安装；

步骤二：胀形过程；

步骤三：反胀形过程；

步骤四：重复胀形过程和反胀形过程。

所述步骤一的模具安装具体为：将上模与下模安装，然后再装上密封圈使模具型腔密封良好；将原始状态钢管装入型腔中；在上模和下模上穿孔装入螺栓固定钢管；将固定板通过螺栓连接在上模、下模两侧并固定；将液压泵通过液压管连接在模具两侧从而提供液压油；从上模的液压孔中装入适量液压油，然后装上压头；将安装完毕的装置放置于实验台上。

所述步骤二的胀形过程具体为：通过操纵压力机来控制压头运动，使其向下移动总允许行程的1/6，提供适量的背压，使后续的胀形过程能稳定进行，然后开启两侧的液压泵，使液压油通过液压管流入模具型腔，从而为胀形过程提供液压力，钢管在液压力的作用下发生稳定的胀形，钢管的胀形部分因产生应变而诱导第一次马氏体相变。

所述步骤三的反胀形过程具体为：胀形过程完成后，调节液压泵将型腔中液压油抽出，装入定形模具，再通过操纵压力机来控制压头使其向下移动，从而对钢管的胀形部分进行反胀形，使其恢复为未变形的钢管状态，钢管的胀形部分因再次产生应变而诱导第二次马氏体相变。

所述步骤四的重复胀形过程和反胀形过程具体为：根据钢管应用方面的不同强度要求选择合适的重复循环操作次数，使钢管胀形部分中的马氏体含量逐渐增多，根据需求控制变形量实现对马氏体组织体积分数的控制，最终实现受力段的局部马氏体强化。

本发明与现有技术相比，其显著优点有：

(1)本发明制得的异构医用不锈钢微创管为局部强化，其操作段由原有的奥氏体组织提供良好的韧性，其受力段由应变诱导马氏体相变形成的马氏体组织提高了强度和硬度，从而使此微创管材兼顾强度和韧性，满足了医疗方面的重要需求。

(2)本发明采用脉动液压反复胀形的方法制备异构医用不锈钢微创管，可以通过合理调整胀形次数制备出不同强度的异构医用不锈钢微创管来满足实际应用的需要。

(3)本发明对奥氏体不锈钢应变诱导相变强化不引入其他材料和元素，在提高不锈钢微创管强度时，对其防腐蚀和抗菌性都没有负面影响。

(4)本发明结构简单，安装和拆卸灵活，因此制备成本低，生产效率高。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本申请制备模具示意图。

图2为本申请钢管处于原始状态时模具全剖视图。

图3为本申请钢管胀形后模具全剖视图。

图4为装入定形模具后进行反胀形示意图。

图5为本申请钢管胀形和反胀形对比示意图。

图6为本申请微创管导入装置的示意图。

图7为奥氏体与马氏体的硬度与力学性能曲线对比图。

附图标记说明：

1-压头，2-上模，3-密封圈，4-固定板，5-下模，6-原始状态钢管，7-螺栓，8-胀形状态钢管，9-液压孔，10-螺栓，11-液压泵，12-液压管，13-异构医用不锈钢微创管，14-控制机构，15-定形模具。

具体实施方式

本发明涉及的是一种马氏体/奥氏体异构医用不锈钢微创管材的制备方法，具体是一种采用脉动液压成形技术，通过对微创管材的受力段反复液压胀形，利用塑性变形诱导马氏体相变，实现以马氏体组织提高不锈钢微创管材受力段的强度和硬度，并同时保留不锈钢微创管材操作段的奥氏体组织以提供良好的韧性，最终获得一种兼顾强度与韧性的异构医用不锈钢微创管材。

本发明的脉动液压成形装置，两侧的液压泵通过脉动加载的方式控制钢管的胀形，压头在压力机的作用下对胀形的钢管进行反胀形后，加工完成时，钢管的形状不变，但变形段组织有大量奥氏体转变为马氏体组织。

本发明设计的异构医用不锈钢微创管材，其材质为可产生应变诱导马氏体相变的不锈钢钢管，其操作段由原有的奥氏体组织提供良好的韧性，其受力段由应变诱导马氏体相变形成的马氏体组织提高了强度和硬度，从而使此微创管材兼顾强度和韧性，满足了医疗方面的重要需求。

本发明设计的微创管导入装置，如图6所示，所述装置包括异构医用不锈钢微创管13和控制机构14，由图7可知，马氏体的强度和硬度相对于奥氏体有显著的提高，但奥氏体具有更好的韧性，所以其前端(操作段)由于具有良好的韧性从而可以装上内窥镜导入人体内进行观察与诊断，其后端(受力端)由于具有更高的强度和硬度从而为操作段的导入提供足够的力学支持与稳定性。

本发明设计的制备装置，如图1-4所示，所述装置包括上模2、下模5、固定板4、压头1、液压泵11、液压管12、液压孔9；在上模2和下模5内一端设置一个用以脉动液压胀形的凹槽型腔，合模之后，上模2的凹槽和下模5的凹槽形成一个完整的环形凹槽；在上模2的凹槽的顶部中心处设置一个液压孔9，压头1设置在相应的液压孔内；钢管位于上模2和下模5合模之后的型腔内，固定板4用于对钢管两端进行固定，钢管的两端和上模2、下模5之间设置密封圈3进行密封；液压泵11和液压管12提供胀形压力，压头1提供反胀形压力。

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明以304不锈钢钢管为例，如图1-5所示，实施例涉及四步工序：安装、胀形、反胀形、重复胀形和反胀形四步工序。

步骤一：将上模2与下模5安装，然后再装上密封圈3使模具型腔密封良好；将原材料304不锈钢钢管6装入型腔中；在上模2和下模5上穿孔装入螺栓7固定钢管；将固定板4通过螺栓10连接在上、下模两侧并固定；将液压泵11通过液压管12连接在模具两侧从而提供液压油；从上模2的液压孔9中装入适量液压油，然后装上压头1；将安装完毕的装置放置于实验台上。

步骤二：胀形过程。通过操纵压力机来控制压头1运动，使其向下移动总允许行程的1/6，提供适量的背压，使后续的胀形过程能稳定进行，然后开启两侧的液压泵10，使液压油通过液压管流入模具型腔，从而为胀形过程提供一定的液压力，约为550Mpa，致使304不锈钢钢管在液压力的作用下发生稳定的胀形，因此，钢管的胀形部分因产生应变而诱导第一次马氏体相变。

步骤三：反胀形过程。胀形过程完成后，调节液压泵将型腔中液压油抽出，装入定形模具，再通过操纵压力机来控制压头1使其向下移动，从而对钢管的胀形部分进行反胀形，使其恢复为未变形的钢管状态，因此，钢管的胀形部分因再次产生应变而诱导第二次马氏体相变。

步骤四：胀形过程与反胀形过程的重复。根据钢管应用方面的不同强度要求选择合适的重复循环操作次数，使钢管胀形部分中的马氏体含量逐渐增多，根据需求控制变形量实现对马氏体组织体积分数的控制，最终实现受力段的局部马氏体强化。

Claims (10)

1.一种异构医用不锈钢微创管，其特征在于，所述异构医用不锈钢微创管(13)的材质为可产生应变诱导马氏体相变的不锈钢，所述异构医用不锈钢微创管(13)分为操作段和受力段，所述操作段为奥氏体组织，所述受力段为由应变诱导马氏体相变形成的马氏体组织。

2.一种微创管导入装置，其特征在于，包括权利要求1所述的异构医用不锈钢微创管(13)和控制机构(14)，所述异构医用不锈钢微创管(13)远离控制机构(14)的一端为操作段，靠近控制机构(14)的为受力段。

3.一种用于制备权利要求1所述的异构医用不锈钢微创管的模具，其特征在于，所述模具包括上模(2)、下模(5)、固定板(4)、压头(1)、液压泵(11)、液压管(12)、液压孔(9)；

在上模(2)和下模(5)内侧分别设置一个用以脉动液压胀形的凹槽型腔，合模之后，上模(2)的凹槽型腔和下模(5)的凹槽型腔形成一个完整的环形凹槽；在上模(2)的凹槽型腔的顶部中心处设置一个液压孔(9)，压头(1)设置在相应的液压孔内；钢管位于上模(2)和下模(5)合模之后的型腔内，固定板(4)用于对钢管两端进行固定；液压泵(11)和液压管(12)提供胀形压力，压头(1)提供反胀形压力。

4.根据权利要求3所述的模具，其特征在于，钢管的两端和上模(2)、下模(5)之间设置密封圈(3)进行密封。

5.根据权利要求3所述的模具，其特征在于，所述模具还包括定形模具(15)，胀形过程完成后，调节液压泵(11)将型腔中液压油抽出，在胀形状态钢管(8)内装入定形模具(15)，进行反胀形。

6.一种利用权利要求3-5任一项所述的模具制备异构医用不锈钢微创管的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：模具安装；

步骤二：胀形过程；

步骤三：反胀形过程；

步骤四：重复胀形过程和反胀形过程。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤一的模具安装具体为：将上模(2)与下模(5)安装，然后再装上密封圈(3)使模具型腔密封良好；将原始状态钢管(6)装入型腔中；在上模(2)和下模(5)上穿孔装入螺栓(7)固定钢管；将固定板(4)通过螺栓(10)连接在上模(2)、下模(5)两侧并固定；将液压泵(11)通过液压管(12)连接在模具两侧从而提供液压油；从上模(2)的液压孔(9)中装入适量液压油，然后装上压头(1)；将安装完毕的装置放置于实验台上。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤二的胀形过程具体为：通过操纵压力机来控制压头(1)运动，使其向下移动总允许行程的1/6，提供适量的背压，使后续的胀形过程能稳定进行，然后开启两侧的液压泵(10)，使液压油通过液压管(12)流入模具型腔，从而为胀形过程提供液压力，钢管在液压力的作用下发生稳定的胀形，钢管的胀形部分因产生应变而诱导第一次马氏体相变。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤三的反胀形过程具体为：胀形过程完成后，调节液压泵(11)将型腔中液压油抽出，装入定形模具(15)，再通过操纵压力机来控制压头(1)使其向下移动，从而对钢管的胀形部分进行反胀形，使其恢复为未变形的钢管状态，钢管的胀形部分因再次产生应变而诱导第二次马氏体相变。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤四的重复胀形过程和反胀形过程具体为：根据钢管应用方面的不同强度要求选择合适的重复循环操作次数，使钢管胀形部分中的马氏体含量逐渐增多，根据需求控制变形量实现对马氏体组织体积分数的控制，最终实现受力段的局部马氏体强化。