CN1974874A - 钛及钛合金手术器械表面阳极氧化处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛及钛合金手术器械表面阳极氧化处理工艺。目的在于提高钛及钛合金手术器械零部件表层的氧化膜厚度，以增加表面硬度，缩小手术器械各滑动面、摩擦面的摩擦系数。其技术特点一是配制磷酸、硫酸和过氧化氢混合水溶液为电解液，二是采用初始零电压启动逐步升至高电压180－220V，电流密度控制在0.5－10A/dm²范围。本发明适于对T_A2、T_C4、T_A7等钛材手术器械实施黑灰色厚层氧化膜阳极氧化。具有工艺简单、成膜质量高、成本低的优点，用该工艺处理的钛及钛合金手术器械重量轻、磨损小、不反光，减少了医护人员的体力消耗和视疲劳，有利手术进行。

Description

钛及钛合金手术器械表面阳极氧化处理工艺

一、技术领域：

本发明涉及一种钛及钛合金外科手术器械表面处理的阳极氧化工艺方法；适合于钛材制作的手术器械表面厚层氧化膜的形成。属于钛合金手术器械表面阳极氧化处理生产技术领域。

二、背景技术：

传统使用的外科手术器械一般多为不锈钢材料或是碳钢表面镀铬而成，这种手术器械重量重，表面亮度高，医务人员在手术中体力消耗大，视疲劳感强。因此近年来，由于钛及钛合金较其它金属材料具有重量轻、耐蚀性强、强度高、韧性好、不生锈等材质性能优势，从而被人们研究开发用于制造外科手术器械。但是，因其某些物理性能的不足，限制了钛合金在一些涉及带有滑动、旋转功能的手术器械在医疗器械方面的推广应用。如钛材表面易产生麻面缺陷，耐磨性差，其大的磨擦系数会造成器械滑动、旋转部位快速磨损或咬死而损坏，其银白色的金属光泽会给使用者带来视觉疲劳，不利于手术的顺利进行。鉴于上述问题，目前国内外正在积极研究开发各种表面处理方法，以求在提高钛材耐磨性的同时并改善其表面色泽，降低亮度。

当前用于提高钛及钛合金表面耐磨性的处理方法主要有：

(1)、湿式镀膜法。主要采用镀Cr、Ni--P的表面处理方法，这种处理方法一般以物品的表面装饰性效果为目的，要求镀层厚度在1微米左右即可。若采用这种方法获取耐磨性表面处理所要求的镀层厚度，需要数十微米；而镀层的硬度、内应力以及密合性等对钛材故有的优良性能会造成不利影响，特别是钛的耐蚀性会被破坏。

(2)、热扩散法。将广泛用于钢铁材料表面硬化处理的渗碳、氮化及硼化等热扩散工艺用于钛及钛合金。虽各有其优点，但工艺复杂、成本高。特别是钛及钛合金在高温下易氧化，因而必须在真空或氩气保护炉中进行，但不管那种技术均要求摄氏温度在1000度左右的高温下进行处理，由此会引起材料内部结晶生长、晶粒粗大，使零部件变形，进而导致力学性能下降。

(3)、堆焊法和溅射法。

堆焊法是把用PTA(等离子转移弧)进行斯特莱特合金的钢铁硬化堆焊方法用于钛及钛合金表面处理。

溅射法是将滴状的熔融金属由高温压缩空气射流喷镀在被处理材料表面。

堆焊法和溅射法对形状细微工件处理较困难，如外科手术中用的各种形状的牵开器、钳、镊、拉勾等器械是不能采用的处理方法。

上述各种提高钛及钛合金表面耐磨性的处理方法，虽各有特点，但处理温度等问题尚未解决；同时工艺复杂、生产成本高，不适合用来处理钛及钛合金手术器械。

文献检索中发现专利申请号为200310103374.8的采用终电压对钛合金施行薄层硫酸型阳极氧化膜处理，这种工艺方法的特征是工件在槽液中阳极氧化时，施加在工件上的阳极电压为一次性设定的低电压最终电压值，这种方法所设定的工艺条件中，由于电解液成分和低电压的限制，使零部件表面得不到均匀度、密合性好的厚层氧化膜，因此仍不能满足钛及钛合金手术器械的性能要求。至今未见有以高电压对钛及钛合金进行阳极氧化的表面处理资料报导。

三、发明内容：

本发明的目的在于针对上述各种方法的不足，推出一种既生产工艺简单、成本低，又能有效提高产品零部件表面耐磨性的钛及钛合金手术器械表面阳极氧化处理工艺。

它主要包含二部分内容：①以磷酸、硫酸和过氧化氢混合的水溶液为电解液；②采用高电压阳极氧化处理钛及钛合金手术器械。具体地说，这种钛及钛合金手术器械表面阳极氧化处理工艺的操作条件包括：配制磷酸、硫酸和过氧化氢混合水溶液为电解液；采用清洗剂除去氧化件手术器械表面的油脂和污渍；氧化过程中槽液温度控制在摄氏5度至35度。其特点是电压值控制在180-220V，电流密度控制在0.5-10A/dm²。构成电解液的化学成分及配比为：磷酸1.5-2.5％硫酸1--2％过氧化氢1.5-2.5％ 水93--96％。氧化时阴阳极表面积比控制在1∶0-1∶2。

在操作中，阳极氧化的初始电压为零电压，氧化过程采用逐步调升电压至180-220V。

本发明的优点是：与不锈钢表面镀层的外科手术器械相比较，一是由于工艺简单，设备投资小，故成本大大降低。二是采用阳极氧化工艺处理的钛及钛合金手术器械重量轻、表面硬度高、摩擦系数小，用肉眼就能观察到其成膜均匀、色膜密合性好。因此减少了手术器械的滑动面、摩擦面和咬合部位的磨损，延长了手术器械的使用寿命，同时也扩大了应用范围。三是处理后的钛及钛合金手术器械表面所形成的黑灰色，色泽暗、不反光，加之重量比不锈钢轻45％，明显降低了医护人员的体力消耗和视觉疲劳，有利手术的顺利进行(附：钛及钛合金手术器械在胸腔镜外科手术中的使用报告1份)。

四、附图说明：

图1为本发明阳极氧化装置示意图；

其中：1-调压器  2-直流电源  3-阴极(不锈钢版)  4-电解槽

      5-电解液  6-阳极(钛或钛合金手术器械零部件)

五、具体实施方式：

采用本发明可处理以钛及钛合金制作的牵开器、钳子、镊子、拉勾等多种外科手术器械。即，将钛或钛合金手术器械的各种零部件分类，分别依照：清洗剂脱脂除渍-水洗-阳极氧化-水洗-擦拭烘干-组装-包装的工艺流程进行。

本发明的具体实施方式优选如下：

实施例1：制作钳子系列手术器械，如胸腔镜主动脉阻闭钳。将以Tc4或TA7钛合金制成的阻闭钳零部件经过清洗剂脱脂除渍、水洗，用钛丝夹具装卡并置入装有含磷酸1.5％、硫酸1％、过氧化氢1.5％和96％水的水溶液电解槽中阳极上，阴阳极表面积控制在1∶1(如图1)。操作时以初始电压零电压启动，氧化过程中逐步升高至180-220V，同时电流不超过10A/dm²，槽液温度控制在摄氏5-35度，氧化终止前使电压恒定在220V，待电流回至0.5A/dm²以下时，部件氧化完成。再经水洗、擦拭烘干，组装、包装成品。

实施例2：制作钳子系列手术器械，如胸腔镜抓钳。将以TA7或Tc4钛材制成的胸腔镜抓钳零部件经过清洗剂脱脂除渍、水洗后，用钛丝夹具卡装，置入装有含磷酸2％、硫酸1.5％、过氧化氢2％和94.5％水的水溶液电解槽中阳极位上，阴阳极表面积控制在1∶1.5(如图1)。操作时仍以零电压启动，并逐步升高至180-220V，同时控制电流在0.5-10A/dm²，槽液温度控制在摄氏5-35度，氧化终止前使电压恒定在200V不变，待电流回至0.5A/dm²以下时，部件氧化成功。然后再经水洗、擦拭烘干、组装、包装。

实施例3：制作手术器械拉勾系列，如胸腔镜拉勾。将以Ta7或Tc4钛合金制成胸腔镜拉勾的零部件同样经过清洗剂脱脂除渍、水洗后，用钛丝夹具装卡，置入装有含磷酸2.5％、硫酸2％、过氧化氢2.5％和水93％的水溶液电解槽中阳极位上，阴阳极表面积比控制在1∶2(如图1)。操作时同祥以零电压初始起动，逐步升高到180-220V，同时控制电流在0.5-10A/dm²，槽液温度在摄氏5-35度之间，氧化终止前电压恒定在180V不变，待电流回到0.5A/dm²以下结束氧化。再经清洗、擦拭烘干后组装、包装。

实施例4：制作手术器械牵开器系列，如胸腔镜牵开器。将以TA2钛材制成的牵开器零部件同样经过清洗剂脱脂除渍、水洗后，用钛丝夹具卡装，置入装有含磷酸1.5％、硫酸1％和过氧化氢1.5％的水溶液电解槽阳极位上，阴阳极表面积比为1∶1(如图1示)。操作时仍以零电压启动，逐步升高至180-220V，同时控制电流在0.5-10A/dm²，槽液温度在摄氏5-35度。氧化结束前电压恒定在220V不变，待电流回到0.5A/dm²以下时氧化完成。再经清洗、擦拭烘干后进行成品组装、包装。

若选用电解液配比：磷酸2％、硫酸1.5％和过氧化氢2％的水溶液，氧化终止前电压恒定在200V，参照上述工艺流程操作，便构成本发明的实施例5。

若选用电解液配比：磷酸2.5％、硫酸2％和过氧化氢2.5％的水溶液，氧化终止前电压恒定在180V，参照上述工艺流程操作，便构成本发明的实施例6。

Claims (2)

1、一种钛及钛合金手术器械表面阳极氧化处理工艺，其工艺条件包括：第一、配制电解液；第二、采用清洗剂去除氧化件表面的油脂和污渍；第三、氧化过程中槽液温度控制在摄氏5-35度；其特征在于：

①构成电解液的化学成分及配比是：磷酸 1.5-2.5％  硫酸1-2％  过氧化氢 1.5-2.5％  水 93-96％；

②电压值控制在180-220V，电流密度控制在0.5-10A/dm²；

③阴阳极表面积比控制在1∶0-1∶2。

2、根据权利要求1所述的钛及钛合金手术器械表面阳极氧化处理工艺，其特征在于：阳极氧化处理的初始电压为零电压，氧化过程中电压逐步升高至180-220V。