[发明专利]一种用于超声手术刀的TC4ELI钛合金及钛合金棒材的生产方法

说明书

本发明属于医用钛合金棒材技术领域，提供了一种用于超声手术刀的TC4ELI钛合金及钛合金棒材的生产方法，具体为：材料化学成分：Al:5.5～6.5％，V:3.5～4.5％，Fe:0.15‑0.25％，Si：0.1～0.5％，O:0.08～0.13％，C:0～0.05％，N:0～0.03％，H:0～0.005％，其余为Ti及海绵钛中不可避免的杂质元素。原料经过三次真空自耗熔炼，确保成分均匀一致，没有内部缺陷。坯料经过后期一系列的热加工和热处理，性能满足超声手术刀的性能需求。本发明从成分、热加工及热处理环节逐步进行控制，制备出强度、塑性、韧性及疲劳性能最佳匹配的钛合金棒材，提高了超声手术刀的超高周疲劳，延长使用寿命，避免手术过程出现断刀现象，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及医用钛合金技术领域，特别涉及一种用于超声手术刀的TC4ELI钛合金及钛合金棒材的生产方法。

背景技术

目前，超声手术刀的工作原理是通过超声波换能器将超声波发生器提供的电能转变成高频机械振动，然后经由超声变幅杆将机械振动的振幅放大，被放大的机械振动传递到与变幅杆相连接的刀杆与到头部分，最后通过接触生物组织以实现切割组织功能。超声手术刀具有频率低、振幅大、可连续工作的特点，并且超声手术刀具有精度高、手术切口整齐、止血速度快、热灼伤区域小、产生烟雾少等优点。但是由于长期处于高频振动的条件下，超声刀具在服役过程中可能会产生微缺陷并逐步发展扩大，甚至断裂停振，温度也会在短时间内上升。

医用超声手术刀的材质一般选择工作频率范围内材料的损耗和阻抗要特别小。目前，超声手术刀最常用的材料是TC4钛合金，临床上常用的切割止血超声手术刀的工作频率大多为55Hz，既处于每秒5.5×104次高频振动工作状态，振幅约为55μm，循环周次高而时间短，很容易发生金属疲劳，造成手术刀头断裂。

发明内容

本发明提供一种用于超声手术刀的TC4ELI钛合金及钛合金棒材的生产方法，解决了目前TC4钛合金因疲劳寿命短而在手术过程中产生断刀的技术问题。

本发明提供了一种用于超声手术刀的TC4ELI钛合金，以重量百分数计，含有AL:5.5～6.5％,V:3.5～4.5％,Fe:0.15～0.25％,Si：0.1～0.5％，O:0.08～0.13％，C:0～0.05％，N:0～0.03％，H:0～0.005％，其余为Ti及海绵钛中不可避免的杂质元素。添加少量Si元素,可以提高了合金的高温性能和抗蠕变性能；上述各组分含量之和为100％。

进一步的，以重量百分数计，含有AL:6.12％,V:4.01％,Fe:0.17％,Si：0.12％，O:0.10％，C：0.027％，N：0.005％，H：0.0017％，其余为Ti及海绵钛中不可避免的杂质元素；上述各组分含量之和为100％。

进一步的，以重量百分数计，含有AL:6.15％,V:4.05％,Fe:0.18％,Si：0.13％，O:0.11％，C：0.025％，N：0.006％，H：0.0015％，其余为Ti及海绵钛中不可避免的杂质元素；上述各组分含量之和为100％。

进一步的，该TC4ELI钛合金的室温力学性能为：抗拉强度Rm的范围为：1050～1100MPa；屈服强度Rp0.2的范围为：950～1000MPa；延伸率A的范围为：0～20％；断面收缩率Z的范围为：0～40％；弹性模量E的范围为：105～110GPa。

本发明提供了一种用于超声手术刀的TC4ELI钛合金棒材的生产方法，包括如下步骤：

熔炼：按所述重量百分数称取AL、V、Fe、Si、O、C、N、H以及Ti后，将其混合，得到混合物；之后在所述混合物上压制电极，熔炼成铸锭。

锻造:所述铸锭经过锯切及表面防氧化涂层处理，分别在合金相变点以上及α+β两相区进行多火次的换向墩拔锻造，中间进行表面缺陷的打磨处理，得到方坯。