CN106825110B - 一种血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法，步骤如下：在不经过热处理的前提下，在挤压比50‑200，模具预热到200℃‑400℃的情况下，对铸态锌合金坯料直接进行热挤压加工，得到外径为2.0 mm‑3.50 mm、壁厚为0.20 mm‑0.35 mm的管材坯料，然后对管坯采用连续冷拉拔加工工艺进行减径和减壁处理，从而生产出外径为1.50mm‑2.80mm、壁厚为0.05mm‑0.20mm的细径薄壁毛细管材。本发明加工方法成本低，加工毛细管材尺寸精度高，平直度高，管壁厚度尺寸误差在10μm以内；制备所得血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材组织均匀，腐蚀均匀；毛细管材的延伸率在15%以上，抗拉强度210MPa‑300MPa，优良性能。
Description
技术领域
本发明属于金属材料制造方法技术领域，具体涉及一种针对医疗器械行业的血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法。
背景技术
当今社会，心血管疾病已是导致人类死亡的主要原因之一。据世界卫生组织预计，到 2030 年，每年因患心血管疾病死亡的人数将会达到2360万。近几年，介入医学工程器械产业迅猛发展，制造技术有了长足的进步，为解决传统金属支架的局限性，生物体内可降解吸收材料正成为研究和开发的重点，该材料植入体内后在一定时间内可以支撑管腔，保持血管畅通，在完成病理作用后可以逐渐降解至消失，从而有效防止血管扩张后的急性闭塞和再狭窄。
锌是人体必需微量元素之一，在机体内参与所有生理代谢过程，锌除了在多种金属酶、转录因子及其他蛋白中起着催化或构建作用外，还以神经递质或调质样的形式发挥其功能。关键是锌还能迅速进入内皮细胞，维持内皮细胞的完整性，降低血管对动脉粥样硬化的易感性。锌基合金相较于聚乳酸来说具有优异的力学性能及可显影性，同时具有良好的生物相容性；与镁相比，金属锌及其合金不但具有良好的生物相容性，而且由于其更高的腐蚀电位，因而降解性能要优于镁基合金；锌基合金的降解速率比聚乳酸降解快，比镁合金降解慢，降解速率与血管的功能重建更适配，更加符合临床介入治疗的需求，有望发展成为新型生物医用可降解血管支架材料。
目前，高精度细径毛细管材是用途非常广泛的医疗器械材料，是生产加工各种支架产品及其他相关器械产品的核心原料，因此开发可降解锌合金金属管材具有重要的实用价值和科学意义。由于锌的密排六方结构和其较差的力学性能，锌合金薄壁细径微管加工工艺一直是一个难点，制备的毛细管材长度有限、壁厚不均匀、平直度差，而且性能低，极难通过激光切割成临床医用的冠脉支架。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法，采用该方法加工得到的毛细管尺寸精度高，平直度好，管壁厚度尺寸误差在10 μm以内，且性能好。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法，其包括如下步骤：
1）锌合金坯料进行挤压加工：在不经过热处理的前提下，在挤压比50-200，模具预热到200℃- 400℃的情况下，对铸态锌合金坯料直接进行热挤压加工；
2）毛细管材的挤出速率：通过热挤压（毛细管材的初始挤出速率为15 cm/s-20cm/s，然后坯料不断硬化，挤出速率逐渐减小至1mm/s-8mm/s保持稳定）加工得到外径为2.0mm-3.50mm、壁厚为0.20mm-0.35mm的毛细管材，挤压后的毛细管材在空气中冷却至室温；
3）毛细管材的热处理：对冷却后的毛细管材于100℃-150℃退火保温处理20 min-30 min，再结晶退火以消除加工硬化，使其便于后续拉拔加工；
4）根据所需毛细管材的尺寸要求，采用无芯轴连续冷拉拔的方式对毛细管材进行减径，单道次减小管材外径0.02 mm -0.12 mm，减径后管材外径为1.5mm-3.0mm；
5）对步骤4）得到的管材采用定芯轴拉拔工艺进行减壁加工至所需要的规格尺寸；所述的减壁加工，单道次减小壁厚0.02 mm -0.1 mm，采用的芯轴直径为1.2 mm -2.6 mm；最终所得毛细管材外径为1.4mm-2.8mm，壁厚为0.05mm-0.20mm，管壁厚度尺寸误差在10 μm以内。
具体的，步骤1）中所述铸态锌合金优选为Zn-Mg合金、Zn-Ca合金、Zn-Sr合金、Zn-Mg-Nd合金、Zn-Mg-Mn合金、Zn-Mg-Ca合金、Zn-Mg-Y-Nd合金中的一种。上述合金产品可按照本领域常规方法或委托工厂熔炼制备获得。
本方法通过热处理、大挤压比和拉拔工艺，突破现有加工工艺的限制，成功制备出具有优良性能的血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材。本发明加工方法具有如下优点：成本低，加工毛细管材尺寸精度高，平直度高，管壁厚度尺寸误差在10 μm以内；组织均匀，腐蚀均匀；毛细管材的延伸率在15%以上，抗拉强度210 MPa-300MPa。
附图说明
图1为本发明方法中挤压模具工作示意图和带底座的校直管的设计和安装示意图；
图2为本发明方法中毛细管材的拉拔加工示意图；
图3为本发明方法中从挤压坯料到细径薄壁毛细管材、及细径薄壁毛细管材的横截面的宏观示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的技术方案并不局限于此。
实施例1:
一种血管支架用Zn-Mg-Nd合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法，其包括如下步骤：
1）将Zn-Mg-Nd合金的铸态坯料用线切割方法制成直径为19mm，高11mm的挤压坯料，车削去其表面氧化皮后，中间钻4mm孔（如图1所示）。在底座中毛细管出口处加一个校直管，校直管的内径与挤出的毛细管材的外径相同；
2）将挤压坯料放入挤压筒内直径为20mm的模具中挤压成型，模具预热温度280℃，挤压比115，挤压温度280℃；毛细管材的初始挤出速率为20cm/s。挤压后所得毛细管材放置在空气中冷却至室温，其外径为2.8mm，壁厚为0.3mm，毛细管材的长度为800mm；挤压时所用装置如图1所示，包括底座和设于底座上的挤压筒，所述挤压筒内中心处沿竖直方向开设有用以放置模具的第一通孔，所述模具包括位于上方的挤压凸模和位于下方的挤压凹模，且模具与挤压筒上下滑动连接；所述底座中心处沿竖直方向开设有第二通孔，第二通孔内设有校直管，校直管内径与挤出的毛细管材外径相同；所述第一通孔的轴向中心线与第二通孔的轴向中心线相重合；
3）将步骤2）所得挤压后毛细管材于120℃退火保温处理30min，然后采用无芯轴连续冷拉拔的方式开始拉拔减径，直接进行多道次连续冷拉拔加工，其单道次减小外径0.1mm，待到外径减至2.5mm后采用定芯轴拉拔工艺（如图2所示）进行减壁加工，单道次减小壁厚0.025mm，采用的芯轴直径为2.2mm，至所需要的规格尺寸2.4mm，壁厚0.1mm（如图3所示）。
根据GBT 228.1-2010测得上述所得细径薄壁毛细管材的抗拉强度240MPa、屈服强度150MPa、延伸率19%。
实施例2:
一种血管支架用Zn-Mg-Y-Nd合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法，其包括如下步骤：
1）将Zn-Mg-Y-Nd合金的铸态坯料用线切割方法制成直径为14.5mm，高11mm的挤压坯料，车削去其表面氧化皮，中间钻3mm孔。在底座中毛细管出口处加一个校直管，其内径与挤出的毛细管材的外径相同；
2）将挤压坯料放入挤压筒内直径为15mm的模具中挤压成型，模具预热温度270℃，挤压比114，挤压温度270℃；毛细管材的初始挤出速率为10cm/s。挤压后所得毛细管材放置在空气中冷却至室温，其外径为2.4mm，壁厚为0.2mm，毛细管材的长度为1000mm；
3）将步骤2）所得挤压后毛细管材于120℃退火保温处理20min，然后采用无芯轴连续冷拉拔的方式开始拉拔减径，直接进行多道次连续冷拉拔加工，其单道次减小外径0.05mm，待到外径减至2.2mm后采用定芯轴拉拔工艺进行减壁加工，单道次减小壁厚0..02mm，采用的芯轴直径为1.8mm，至所需要的规格尺寸2.0mm，壁厚0.1mm。
根据GBT 228.1-2010测得上述所得细径薄壁毛细管材的抗拉强度260MPa、屈服强度170MPa、延伸率16%。
实施例3:
一种血管支架用Zn-Mg-Nd合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法，其包括如下步骤：
1）将Zn-Mg-Nd合金的铸态坯料用线切割方法制成直径为14.5mm，高12mm的挤压坯料，车削去其表面氧化皮后，中间钻3mm孔，在底座中毛细管出口处加一个校直管，其内径与挤出毛细管材的外径相同；
2）将挤压坯料放入挤压筒内直径为15mm的模具中挤压成型，模具预热温度250℃，挤压比96.75，挤压温度250℃；毛细管材的初始挤出速率为10cm/s。挤压后所得毛细管材放置在在空气中冷却至室温，其外径为2.8mm，壁厚为0.2mm，毛细管材的长度为1100mm；
3）将步骤2）所得挤压后毛细管材于120℃退火保温处理30min，然后无芯轴连续冷拉拔的方式开始拉拔减径，直接进行多道次连续冷拉拔加工，其单道次减小外径0.1mm，待到外径减至2.5mm后采用定芯轴拉拔工艺进行减壁加工，单道次减小壁厚0.05mm，采用的芯轴直径为2.2mm，至所需要的规格尺寸2.4mm，壁厚0.1mm。
根据GBT 228.1-2010测得上述所得细径薄壁毛细管材的抗拉强度265MPa、屈服强度150MPa、延伸率17.5%。
Claims (2)
1.一种血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）锌合金坯料进行挤压加工：在不经过热处理的前提下，在挤压比50-200，模具预热到200℃- 400℃的情况下，对铸态锌合金坯料直接进行热挤压加工；
2）毛细管材的挤出速率：通过热挤压加工得到外径为2.0mm-3.50mm、壁厚为0.20mm-0.35mm的毛细管材，挤压后的毛细管材在空气中冷却至室温；其中，毛细管材的初始挤出速率为15 cm/s-20 cm/s，然后坯料不断硬化，挤出速率逐渐减小至1mm/s-8mm/s保持稳定；
3）毛细管材的热处理：对冷却后的毛细管材于100 ℃-150 ℃退火保温处理20-30min；
4）根据所需毛细管材的尺寸要求，采用无芯轴连续冷拉拔的方式对毛细管材进行减径，单道次减小管材外径0.02-0.12 mm，减径后管材外径为1.5mm-3.0mm；
5）对步骤4）得到的管材采用定芯轴拉拔工艺进行减壁加工至所需要的规格尺寸；所述的减壁加工，单道次减小壁厚0.02-0.1 mm，采用的芯轴直径为1.2-2.6 mm；最终所得毛细管材外径为1.4mm-2.8mm，壁厚为0.05mm-0.20mm，管壁厚度尺寸误差在10 μm以内。
2.根据权利要求1所述的血管支架用锌合金细径薄壁毛细管材的成型加工方法，其特征在于，步骤1）中所述铸态锌合金为Zn-Mg合金、Zn-Ca合金、Zn-Sr合金、Zn-Mg-Nd合金、Zn-Mg-Mn合金、Zn-Mg-Ca合金、Zn-Mg-Y-Nd合金中的一种。
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