CN113667818B - 一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于退火加工技术领域，涉及一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置及其加工方法。一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，包括加热仓，所述的加热仓内部设置有加热机构，所述的加热机构包括第一传输轮、加热棒，所述的第一传输轮通过转轴均匀活动设置在加热仓内部，所述的加热棒均匀固定设置在加热仓内侧侧壁表面，所述的加热棒与第一传输轮依次间隔进行设置，所述的加热仓下端设置有冷却仓，所述的冷却仓内部设置有冷却机构，所述的冷却机构包括第二传输轮、冷却风炮。本发明可以方便工作人员实时监控加热仓内部钛合金箔材的加热情况，通过不断观察箔材表面的加热退火状态，便于及时发现异常，可以及时进行补救调整。

Description

一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置及其加工方法

技术领域

本发明属于退火加工技术领域，涉及一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置及其加工方法。

背景技术

钛及钛合金作为一种新型材料，具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能好、高温性能优良等优点，广泛应用于航空航天、石油化工、电子等许多工业领域。近几年来钛及钛合金带箔材的应用量也不断增加，如航空航天等重要用途的精密仪器，化工工业对耐蚀性要求较高的填料、垫衬材料，电子工业的元器件用材料等。

而与人体骨质弹性模量相比，钛及钛合金最为贴近，钛合金箔材也常用于医疗领域。

而钛及钛在医疗领域进行使用时往往需要进行退火加工处理，目前的钛及钛合金箔材进行退火的目的是为了获得稳定的、塑性好的或对应一定综合性能的显微组织。在这一过程中主要发生再结晶，因此也称为再结晶退火。医用钛合金一般为了获得稳定的β相组织。

但是目前的医用钛合金箔材连续退火装置在使用时其使用效果较差，由于升温加热区域温度较高，直接设置摄像头进行加热仓内部的监控是不行的，如此工作人员无法时刻观察箔材加工时表面的情况，不能及时发现异常进行补救，往往容易造成大量残次品的产生，较为浪费。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置及其加工方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，包括加热仓，所述的加热仓内部设置有加热机构，所述的加热机构包括第一传输轮、加热棒，所述的第一传输轮通过转轴均匀活动设置在加热仓内部，所述的加热棒均匀固定设置在加热仓内侧侧壁表面，所述的加热棒与第一传输轮依次间隔进行设置，所述的加热仓下端设置有冷却仓，所述的冷却仓内部设置有冷却机构，所述的冷却机构包括第二传输轮、冷却风炮，所述的第二传输轮通过转轴均匀活动设置在冷却仓内部，所述的冷却风炮固定设置在冷却仓一侧侧壁，所述的冷却风炮设置有两个，所述的冷却风炮对称固定设置在冷却仓一侧侧壁的上端与下端，所述的加热仓内部上端设置有监控机构，所述的监控机构包括螺杆、滑块、连接杆、活动球体、反射玻璃、电动机、摄像头，所述的螺杆通过轴承活动设置在加热仓内部上端，所述的滑块内部通过螺纹活动套设在螺杆外侧表面，所述的连接杆固定设置在滑块下端，所述的活动球体通过卡槽活动卡合设置在连接杆下端，所述的反射玻璃固定设置在所述的反射玻璃下端，所述的电动机固定设置在所述的加热仓表面一侧，所述的电动机输出轴端通过联轴器与螺杆之间传动连接，所述的摄像头固定设置在加热仓远离电动机的一侧。

在上述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，所述的滑块与反射玻璃之间设置有角度调节机构，所述的角度调节机构包括磁性金属、电磁铁，所述的反射玻璃上端表面四角处均固定设置有磁性金属，所述的滑块下端表面四角处均固定设置有电磁铁，通过电磁铁配合磁性金属可以方便调节反射玻璃的照射角度，从而可以进一步方便工作人员不断观察箔材表面。

在上述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置中，所述的冷却仓内部远离冷却风炮的一侧设置有风量调节机构，所述的风量调节机构包括固定管、活塞、活动杆、压力控制开关，所述的冷却仓内部远离冷却风炮的一侧固定设置有固定管，所述的固定管内部上端活动卡合设置有活塞，所述的活塞上端固定设置有活动杆，所述的冷却仓内部在固定管上端固定设置有压力控制开关，所述的活动杆外侧表面与压力控制开关的触发端相互接触，所述的压力控制开关与冷却风炮之间电性连接，通过风量调节机构可以实时监测钛合金箔材冷却后的温度是否达到阈值，从而可以进行动态控制冷却风炮风量的作用。

在上述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置中，所述的固定管下端活动卡合设置有受热滚珠，通过受热滚珠可以实时与钛合金箔材表面进行接触，从而可以获得较为准确的温度反馈，同时通过可以转动的受热滚珠与钛合金箔材表面进行接触，第一可以减少不必要的摩擦损耗，第二可以防止摩擦导致钛合金箔材表面析出形成的结构损坏。

在上述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置中，所述的加热仓与冷却仓表面两侧均设置有引导轮，通过引导轮用于箔材进行转向。

在上述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置中，所述的固定管内部设置有热敏液体，此热敏液体可以根据箔材冷却后尾端温度选择水、酒精、乙醚等高热胀冷缩的液体，通过热敏液体在受热易于膨胀的特性可以方便控制冷却风炮的出风量。

在上述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置中，所述的加热仓表面靠近摄像头的一侧固定设置有透明玻璃层，通过透明玻璃层可以方便摄像头拍摄反射玻璃表面的画面，同时通过占用面积较小的透明玻璃层不会过于影响加热仓的整体结构强度以及保温性能。

在上述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置中，所述的加热仓内部上端开设有滑槽，所述的滑块上端活动卡合设置在滑槽内部，通过滑槽可以方便螺杆转动时使得滑块稳定进行移动。

在上述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置中，所述的加热仓与冷却仓分别设置有多个，所述的加热仓与冷却仓间隔叠加进行设置，通过多个加热仓和冷却仓可以方便进行连续多次的淬火作业。

一种高精度医用钛合金箔材连续退火的加工方法；包括以下步骤：

第一步：将箔材送入加热仓内部进行加热工作；加热时开启电源使得加热棒通电升温，而医用钛合金箔材为了获得理想的β相组织，应设计适当温度进行加热，常用医用钛合金箔材厚度为0.02mm应设置500到580度温度进行加热，而厚度为0.03-0.05mm的钛合金箔材应适当提高温度，将其加热至至600-700度，注意在加热时，如果温度过高会引起不必要的氧化和晶粒长大，而温度过低则结晶不完全；

第二步：将加热后的箔材送入冷却仓内部进行冷却工作；并且此时可以根据具体需要设置冷却速度以及冷却的幅度，当需要获得理想的β相组织时，应快速冷却，此时注意过快的冷却速度会导致箔材变脆、开裂，其冷却速度应当设置在80℃/min；

第三步：将多次加热、冷却完成连续退火作业的箔材通过收卷装置进行收卷；其收卷速率与箔材进行加热和冷却时的移动速度应当控制在0.03M-0.07M每秒，过高的收集速率会导致收卷阻力过大，容易导致箔材断裂、箔材表面出现裂纹，箔材表面附着力下降以及材料韧性与整体结构强度下降等问题，而过低的收卷速率会导致过小的收卷张力将导致运输、储存过程中膜卷面平整度的变化(易于褶皱)导致无法植入进行使用，同时在收卷时应当注意随着所收卷的箔材越来越多会使得收卷滚筒的直径越来越大，此时应该根据收卷滚筒的直径降低收卷滚筒转动的角速度，从而以保持收卷滚筒转动时均匀的线速度，从而防止收卷时张力不均匀导致后期使用时放卷不均匀的情况发生，为了提高医用植入的钛合金箔材的表面耐磨性，以提高箔材的使用寿命，为了防止植入钛合金箔材由于耐磨性差导致其过早的磨损而失效的情况发生，可以在退火生产完成后的收卷步骤中对箔材进行涂层，涂层时注意生物相容性、耐蚀性及表面活性，可以采用三氧化二铝、二氧化钛涂层等涂层，其涂层覆膜方法可以采用等离子喷射涂层法。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

通过摄像头可以拍摄反射玻璃内部的拍摄画面，如此以方便工作人员实施监控加热仓内部钛合金箔材的加热情况，通过不断观察箔材表面的加热退火状态，便于及时发现异常，可以及时调整温度或者传输速度进行补救，同时反射玻璃、螺杆以及磁性金属都具有较高的温度耐性，可以在高温环境下进行使用。

装置使用时其反射玻璃位置可调，调节时只需通过电动机带动螺杆转动，如此即可带动反射玻璃左右移动从而可以改变反射玻璃的位置，而调节反射玻璃的角度时，只需给位于滑块四角处的电磁铁分别通电即可，通过电磁铁吸附可以带动反射玻璃进行多种角度的调节，如此可以提高工作人员的观测范围。

装置通过风量调节机构可以实时监测钛合金箔材冷却后的温度是否达到阈值，从而可以进行动态控制冷却风炮风量的作用，当箔材冷却后温度依旧较高时，会使得固定管内部的热敏液体膨胀并推动活动杆压力控制开关，如此即可使得冷却风炮收到电信号，并根据实时温度与阈值温度的差值加大出风量，反之可以减少冷却风炮的出风量，如此即可保证箔材冷却后的温度处于要求以内，以提高退火加工效果。

装置通过受热滚珠可以实时与钛合金箔材表面进行接触，从而可以获得较为准确的温度反馈，同时通过可以转动的受热滚珠与钛合金箔材表面进行接触，第一可以减少不必要的摩擦损耗，第二可以防止摩擦导致钛合金箔材表面析出形成的结构损坏。

通过箔材的制造方法规范退火时箔材加工所需温度，以及冷却时所需速率，并对加工完成后收纳的张紧程度进行规范可以提高箔材最终医用使用时的质量，并增加镀覆层提高使用寿命。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是高精度医用钛合金箔材连续退火装置的整体结构示意图。

图2是图1中角度调节机构整体结构视图。

图3是图1中温度调节机构整体结构视图。

图4是图1中A处的放大视图。

图5是图1中B处的放大视图。

图中：加热仓10、加热机构20、第一传输轮21、加热棒22、冷却仓30、冷却机构40、第二传输轮41、冷却风炮42、监控机构50、螺杆51、滑块52、连接杆53、活动球体54、反射玻璃55、电动机56、摄像头57、角度调节机构60、磁性金属61、电磁铁62、风量调节机构70、固定管71、活塞72、活动杆73、压力控制开关74、受热滚珠80、引导轮90。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行进一步说明。

实施例1

如图1-5所示，本实施例提供了一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，包括加热仓10，所述的加热仓10内部设置有加热机构20，所述的加热机构20包括第一传输轮21、加热棒22，所述的第一传输轮21通过转轴均匀活动设置在加热仓10内部，所述的加热棒22均匀固定设置在加热仓10内侧侧壁表面，所述的加热棒22与第一传输轮21依次间隔进行设置，所述的加热仓10下端设置有冷却仓30，所述的冷却仓30内部设置有冷却机构40，所述的冷却机构40包括第二传输轮41、冷却风炮42，所述的第二传输轮41通过转轴均匀活动设置在冷却仓30内部，所述的冷却风炮42固定设置在冷却仓30一侧侧壁，所述的冷却风炮42设置有两个，所述的冷却风炮42对称固定设置在冷却仓30一侧侧壁的上端与下端，所述的加热仓10内部上端设置有监控机构50，所述的监控机构50包括螺杆51、滑块52、连接杆53、活动球体54、反射玻璃55、电动机56、摄像头57，所述的螺杆51通过轴承活动设置在加热仓10内部上端，所述的滑块52内部通过螺纹活动套设在螺杆51外侧表面，所述的连接杆53固定设置在滑块52下端，所述的活动球体54通过卡槽活动卡合设置在连接杆53下端，所述的反射玻璃55固定设置在所述的反射玻璃55下端，所述的电动机56固定设置在所述的加热仓10表面一侧，所述的电动机56输出轴端通过联轴器与螺杆51之间传动连接，所述的摄像头57固定设置在加热仓10远离电动机56的一侧。

所述的滑块52与反射玻璃55之间设置有角度调节机构60，所述的角度调节机构60包括磁性金属61、电磁铁62，所述的反射玻璃55上端表面四角处均固定设置有磁性金属61，所述的滑块52下端表面四角处均固定设置有电磁铁62，通过电磁铁62配合磁性金属61可以方便调节反射玻璃55的照射角度，从而可以进一步方便工作人员不断观察箔材表面。

所述的冷却仓30内部远离冷却风炮42的一侧设置有风量调节机构70，所述的风量调节机构70包括固定管71、活塞72、活动杆73、压力控制开关74，所述的冷却仓30内部远离冷却风炮42的一侧固定设置有固定管71，所述的固定管71内部上端活动卡合设置有活塞72，所述的活塞72上端固定设置有活动杆73，所述的冷却仓30内部在固定管71上端固定设置有压力控制开关74，所述的活动杆73外侧表面与压力控制开关74的触发端相互接触，所述的压力控制开关74与冷却风炮42之间电性连接，通过风量调节机构70可以实时监测钛合金箔材冷却后的温度是否达到阈值，从而可以进行动态控制冷却风炮42风量的作用。

所述的固定管71下端活动卡合设置有受热滚珠80，通过受热滚珠80可以实时与钛合金箔材表面进行接触，从而可以获得较为准确的温度反馈，同时通过可以转动的受热滚珠80与钛合金箔材表面进行接触，第一可以减少不必要的摩擦损耗，第二可以防止摩擦导致钛合金箔材表面析出形成的结构损坏。

所述的加热仓10与冷却仓30表面两侧均设置有引导轮90，通过引导轮90用于箔材进行转向。

所述的固定管71内部设置有热敏液体，此热敏液体可以根据箔材冷却后尾端温度选择水、酒精、乙醚等高热胀冷缩的液体，通过热敏液体在受热易于膨胀的特性可以方便控制冷却风炮42的出风量。

所述的加热仓10表面靠近摄像头57的一侧固定设置有透明玻璃层，通过透明玻璃层可以方便摄像头57拍摄反射玻璃55表面的画面，同时通过占用面积较小的透明玻璃层不会过于影响加热仓10的整体结构强度以及保温性能。

所述的加热仓10内部上端开设有滑槽，所述的滑块52上端活动卡合设置在滑槽内部，通过滑槽可以方便螺杆51转动时使得滑块52稳定进行移动。

所述的加热仓10与冷却仓30分别设置有多个，所述的加热仓10与冷却仓30间隔叠加进行设置，通过多个加热仓10和冷却仓30可以方便进行连续多次的淬火作业。

实施例2

本实施例提供了一种高精度医用钛合金箔材连续退火的加工方法，包括以下步骤：

第一步：将箔材送入加热仓10内部进行加热工作；加热时开启电源使得加热棒22通电升温，而医用钛合金箔材为了获得理想的β相组织，应设计适当温度进行加热，常用医用钛合金箔材厚度为0.02mm应设置500到580度温度进行加热，而厚度为0.03-0.05mm的钛合金箔材应适当提高温度，将其加热至至600-700度，注意在加热时，如果温度过高会引起不必要的氧化和晶粒长大，而温度过低则结晶不完全；应当稳定控制温度；

第二步：将加热后的箔材送入冷却仓30内部进行冷却工作；并且此时可以根据具体需要设置冷却速度以及冷却的幅度，当需要获得理想的β相组织时，应快速冷却，而此时注意过快的冷却速度会导致箔材变脆、开裂，其冷却速度应当设置在80℃/min；

第三步：将多次加热、冷却完成连续退火作业的箔材通过收卷装置进行收卷；其收卷速率与箔材进行加热和冷却时的移动速度应当控制在0.03M-0.07M每秒，过高的收集速率会导致收卷阻力过大，容易导致箔材断裂、箔材表面出现裂纹，箔材表面附着力下降以及材料韧性与整体结构强度下降等问题，而过低的收卷速率会导致过小的收卷张力将导致运输、储存过程中膜卷面平整度的变化易于褶皱导致无法植入进行使用，同时在收卷时应当注意随着所收卷的箔材越来越多会使得收卷滚筒的直径越来越大，此时应该根据收卷滚筒的直径降低收卷滚筒转动的角速度，从而以保持收卷滚筒转动时均匀的线速度，从而防止收卷时张力不均匀导致后期使用时放卷不均匀的情况发生，为了提高医用植入的钛合金箔材的表面耐磨性，以提高箔材的使用寿命，为了防止植入钛合金箔材由于耐磨性差导致其过早的磨损而失效的情况发生，可以在退火生产完成后的收卷步骤中对箔材进行涂层，涂层时注意生物相容性、耐蚀性及表面活性，可以采用三氧化二铝、二氧化钛涂层等涂层，其涂层覆膜方法可以采用等离子喷射涂层法。

本发明一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置的工作原理是：使用装置时通过加热棒22加热在加热仓10内部的箔材，随后箔材通过引导轮90进入到冷却仓30内部的第二传输轮41之间进行冷却，而在加热时，通过反射玻璃55可以将加热仓10内部的情况进行反射，随后通过摄像头57可以拍摄反射玻璃55内部的拍摄画面，如此以方便工作人员实施监控加热仓10内部钛合金箔材的加热情况，通过不断观察箔材表面的加热退火状态，便于及时发现异常，可以及时调整温度或者传输速度进行补救，同时反射玻璃55、螺杆51以及磁性金属61都具有较高的温度耐性，可以在高温环境下进行使用，而电磁铁62虽然在600℃时磁性可能减弱，但是用于吸附反射玻璃55进行转动还是可以的，同时装置使用时其反射玻璃55位置可调，调节时只需通过电动机56带动螺杆51转动，如此即可带动反射玻璃55左右移动从而可以改变反射玻璃55的位置，而调节反射玻璃55的角度时，只需给位于滑块52四角处的电磁铁62分别通电即可，通过电磁铁62吸附可以带动反射玻璃55进行多种角度的调节，如此可以提高工作人员的观测范围，随后加热好的箔材可以进行冷却，而冷却时通过冷却风炮42吹出高速气流进行冷却，而此时通过风量调节机构70可以实时监测钛合金箔材冷却后的温度是否达到阈值，从而可以进行动态控制冷却风炮42风量的作用，当箔材冷却后温度依旧较高时，会使得固定管71内部的热敏液体膨胀并推动活动杆73压力控制开关74，如此即可使得冷却风炮42收到电信号，并根据实时温度与阈值温度的差值加大出风量，反之可以减少冷却风炮42的出风量，如此即可保证箔材冷却后的温度处于要求以内，以提高退火加工效果。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神。

Claims (9)

1.一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，包括加热仓(10)，其特征在于，所述的加热仓(10)内部设置有加热机构(20)，所述的加热机构(20)包括第一传输轮(21)、加热棒(22)，所述的第一传输轮(21)通过转轴均匀活动设置在加热仓(10)内部，所述的加热棒(22)均匀固定设置在加热仓(10)内侧侧壁表面，所述的加热棒(22)与第一传输轮(21)依次间隔进行设置，所述的加热仓(10)下端设置有冷却仓(30)，所述的冷却仓(30)内部设置有冷却机构(40)，所述的冷却机构(40)包括第二传输轮(41)、冷却风炮(42)，所述的第二传输轮(41)通过转轴均匀活动设置在冷却仓(30)内部，所述的冷却风炮(42)固定设置在冷却仓(30)一侧侧壁，所述的冷却风炮(42)设置有两个，所述的冷却风炮(42)对称固定设置在冷却仓(30)一侧侧壁的上端与下端，所述的加热仓(10)内部上端设置有监控机构(50)，所述的监控机构(50)包括螺杆(51)、滑块(52)、连接杆(53)、活动球体(54)、反射玻璃(55)、电动机(56)、摄像头(57)，所述的螺杆(51)通过轴承活动设置在加热仓(10)内部上端，所述的滑块(52)内部通过螺纹活动套设在螺杆(51)外侧表面，所述的连接杆(53)固定设置在滑块(52)下端，所述的活动球体(54)通过卡槽活动卡合设置在连接杆(53)下端，所述的反射玻璃(55)固定设置在所述的反射玻璃(55)下端，所述的电动机(56)固定设置在所述的加热仓(10)表面一侧，所述的电动机(56)输出轴端通过联轴器与螺杆(51)之间传动连接，所述的摄像头(57)固定设置在加热仓(10)远离电动机(56)的一侧；

所述的冷却仓(30)内部远离冷却风炮(42)的一侧设置有风量调节机构(70)，所述的风量调节机构(70)包括固定管(71)、活塞(72)、活动杆(73)、压力控制开关(74)，所述的冷却仓(30)内部远离冷却风炮(42)的一侧固定设置有固定管(71)，所述的固定管(71)内部上端活动卡合设置有活塞(72)，所述的活塞(72)上端固定设置有活动杆(73)，所述的冷却仓(30)内部在固定管(71)上端固定设置有压力控制开关(74)，所述的活动杆(73)外侧表面与压力控制开关(74)的触发端相互接触，所述的压力控制开关(74)与冷却风炮(42)之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，其特征在于，所述的滑块(52)与反射玻璃(55)之间设置有角度调节机构(60)，所述的角度调节机构(60)包括磁性金属(61)、电磁铁(62)，所述的反射玻璃(55)上端表面四角处均固定设置有磁性金属(61)，所述的滑块(52)下端表面四角处均固定设置有电磁铁(62)。

3.根据权利要求1所述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，其特征在于，所述的固定管(71)下端活动卡合设置有受热滚珠(80)。

4.根据权利要求1所述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，其特征在于，所述的加热仓(10)与冷却仓(30)表面两侧均设置有引导轮(90)。

5.根据权利要求1所述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，其特征在于，所述的固定管(71)内部设置有热敏液体。

6.根据权利要求1所述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，其特征在于，所述的加热仓(10)表面靠近摄像头(57)的一侧固定设置有透明玻璃层。

7.根据权利要求1所述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，其特征在于，所述的加热仓(10)内部上端开设有滑槽，所述的滑块(52)上端活动卡合设置在滑槽内部。

8.根据权利要求1所述的一种高精度医用钛合金箔材连续退火装置，其特征在于，所述的加热仓(10)与冷却仓(30)分别设置有多个，所述的加热仓(10)与冷却仓(30)间隔叠加进行设置。

9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的高精度医用钛合金箔材连续退火装置的加工方法；其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将箔材送入加热仓(10)内部进行加热工作；加热时开启电源使得加热棒(22)通电升温，钛合金箔材厚度为0.02mm的设置500-580度温度进行加热，厚度为0.03-0.05mm的钛合金箔材加热至600-700度；

第二步：将加热后的箔材送入冷却仓(30)内部进行冷却工作，冷却速度设置在80℃/min；

第三步：将多次加热、冷却完成连续退火作业的箔材通过收卷装置进行收卷；其收卷速率与箔材进行加热和冷却时的移动速度控制在0.03M-0.07M每秒。

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