CN107671506B - 金属薄壁管制备方法、金属薄壁管件和心血管支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金属薄壁管制备方法、金属薄壁管件和心血管支架，该金属薄壁管制备方法包括如下步骤：在待拉拔金属棒的端面上钻削盲孔得到拉拔坯料；采用空拔工艺对拉拔坯料进行缩径处理得到初拉拔坯料；在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，并将初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管。金属薄壁管件采用上述的金属薄壁管制备方法制备得到，心血管支架采用上述的金属薄壁管件制成。本发明制备的金属薄壁管的管壁厚度较小，金属薄壁管件的强度及管壁表面的光滑度较高，足以达到心血管支架的使用要求。

Description

金属薄壁管制备方法、金属薄壁管件和心血管支架

技术领域

本发明涉及金属管材制备技术领域，尤其涉及一种金属薄壁管制备方法、金属薄壁管件和心血管支架。

背景技术

心血管支架，又称为冠状动脉支架，是心脏介入手术中常用的医疗器械，具有疏通动脉血管的作用。目前常用的心血管支架包括金属支架，镀膜支架和可降解支架。这些支架均是通过金属管件搭接形成，选用的金属主要有钛及钛合金，或镁及镁合金等。

现有的金属管件的制备方法主要有拉拔成型、挤压成型和轧制成型。其中，拉拔成型是指在外加拉力的作用下，迫使金属通过具有一定锥度的模孔，从而使金属产生塑性变形减小截面面积，以获得与模孔形状、尺寸相同的制品的加工方法。挤压成型是指利用金属塑性成型原理，使金属处于强烈的三向压应力状态下进行压力加工的方法。挤压成型的方法主要包括正挤压、反挤压、侧向挤压、玻璃润滑挤压、静液挤压和连续挤压等方法。而轧制成型是指使金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙(各种形状)，因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法。

然而传统的金属成型方法制备的金属管件管壁厚度较大，以及管壁表面的光洁度较低，使其无法达到制备心血管支架的标准。

发明内容

为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本发明提供一种金属薄壁管制备方法、金属薄壁管件和心血管支架，其中金属薄壁管的管壁厚度较小，金属薄壁管件的强度及管壁表面的光滑度较高，足以达到心血管支架的使用要求。

为了实现上述目的，本发明提供一种金属薄壁管制备方法，包括以下步骤：

在待拉拔金属棒的端面上钻削盲孔得到拉拔坯料。

采用空拔工艺对拉拔坯料进行缩径处理得到初拉拔坯料。

在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，并将初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管。

在上述的金属薄壁管制备方法中，可选的是，在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，并将初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管之后还包括：采用反向挤压工艺使金属薄壁管与模芯分离，并切除附着在金属薄壁管上的模芯。

在上述的金属薄壁管制备方法中，可选的是，在采用反向挤压工艺使金属薄壁管与模芯分离，并切除附着在金属薄壁管上的模芯之后还包括：采用空拔工艺将金属薄壁管固定在矫直拉拔模中进行拉拔，矫直拉拔模的内径与成型拉拔中最后一次冷拉拔处理所使用的拉拔模内径相同。

在上述的金属薄壁管制备方法中，可选的是，在采用空拔工艺将金属薄壁管固定在矫直拉拔模中进行拉拔，矫直拉拔模的内径与成型拉拔中最后一次冷拉拔处理所使用的拉拔模内径相同之后还包括采用清洗剂处理金属薄壁管。

在上述的金属薄壁管制备方法中，可选的是，成型拉拔中的拉拔次数为多次，每次成型拉拔后均对金属薄壁管进行退火处理，每次退火处理的温度和保温时间均小于前一次退火处理的温度和保温时间。

在上述的金属薄壁管制备方法中，可选的是，每次成型拉拔中金属薄壁管的管壁厚度的形变量范围在为1％至10％内。

在上述的金属薄壁管制备方法中，可选的是，待拉拔金属棒为镁棒或镁合金棒。

在上述的金属薄壁管制备方法中，可选的是，盲孔的深度为待拉拔金属棒的长度的70％至90％。

本发明还提供一种金属薄壁管件，金属薄壁管件采用如上述的金属薄壁管制备方法制备得到。

本发明还提供一种心血管支架，心血管支架采用如上述的金属薄壁管件制成。

本发明提供的金属薄壁管制备方法、金属薄壁管件和心血管支架，通过在待拉拔金属棒的端面上钻削盲孔得到拉拔坯料，采用空拔工艺对拉拔坯料进行缩径处理得到初拉拔坯料，在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，并将初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管，之后对金属薄壁管进行去除模芯、矫直拉拔和清洗处理等步骤以得到成品的金属薄壁管。因此制备的金属薄壁管的管壁厚度较小，金属薄壁管件的强度及管壁表面的光滑度较高，足以达到心血管支架的使用要求。

本发明的构造以及它的其他发明目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实施例的描述而更加明显易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的金属薄壁管制备方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一提供的金属薄壁管制备方法中拉拔模、初拉拔坯料和模芯的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的金属薄壁管件的截面的电镜扫描图。

附图标记说明：

1-初拉拔坯料；

2-模芯；

3-拉拔模。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的优选实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的金属薄壁管制备方法的流程示意图。图2是本发明实施例一提供的金属薄壁管制备方法中拉拔模、初拉拔坯料和模芯的结构示意图。

目前制备金属薄壁管的方法主要包括拉拔成型、挤压成型和轧制成型，其均是利用金属塑性变形的特性对金属坯料施加一定作用力使其发生变形减少截面面积，最终形成薄壁管件。然而上述的制备方法极难制备管壁厚度小于0.3mm的金属管件，并且成品管件的表面粗糙度以及管件的强度均无法达到心血管支架的使用标准，因此并不适用于心血管支架的金属薄壁管件的制备。

基于上述技术问题，参照附图1和附图2所示，本发明实施例一提供一种金属薄壁管制备方法，包括以下步骤：

S1：在待拉拔金属棒的端面上钻削盲孔得到拉拔坯料。

需要说明的是，该待拉拔的金属棒可以挤压态的金属，可以在金属棒任一端的端面上钻削盲孔，而金属棒上相对盲孔的另一端用于拉拔过程中固定夹持件。预处理过程中的盲孔仅为后续拉拔过程中设置模芯2使用，因此对盲孔的内径并不加以限定，只要可以固定模芯2即可。

S2：采用空拔工艺对拉拔坯料进行缩径处理得到初拉拔坯料1。

需要说明的是，对拉拔坯料进行初拉拔，由于钻削过程中的盲孔各处的内径及壁厚并非完全均一，因此初拉拔的目的在于校正盲孔的内径和壁厚，通过调整拉拔角度及拉拔过程中所施加的作用力，实现调整盲孔内径和壁厚的目的。

S3：在初拉拔坯料1的盲孔中***模芯2，并将初拉拔坯料1固定在拉拔模3中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管。

需要说明的是，经过初拉拔后的坯料具有内径均一的盲孔，是后期薄壁管的雏形。在该盲孔中安装模芯2，模芯2的直径可以与成品的金属薄壁管的内径相同，通过一次或多次的冷拉拔处理后得到金属薄壁管。模芯2的直径也可以是大于成品的金属薄壁管的内径，通过多次冷拉拔处理，每次拉拔处理之后更换直径较小的模芯2后进行下一次的拉拔处理，反复多次至最后一次使用直径与成品金属薄壁管内径相同模芯2进行拉拔处理得到成品金属薄壁管件。因此模芯2的具体直径根据成品金属薄壁管的内径选择，本实施例对此并不加以限定，也不局限于上述示例。

需要指出的是，模芯2的长度大于盲孔的深度，并且由于初拉拔坯料1的长度在每次拉拔过程中会有所增加，模芯2的长度还需要满足其长度的形变量。

需要说明的是，在拉拔过程中，可以通过调整拉拔施加作用力和拉拔角度保证拉拔模3、模芯2和初拉拔坯料1三者同轴，使最终得到的成品金属薄壁管管壁厚度及内径均一性较高。

需要特别说明的是，在本实施例的成型拉拔中选用冷拉拔工艺，该工艺方法制备的成品内径尺寸精确，管壁表面光洁，并且制备过程中所使用的加工工具或设备简单易操作，该工艺方法可以连续高速加工断面小的长制品。

具体的，在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，并将初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管之后还包括S4：采用反向挤压工艺使金属薄壁管与模芯2分离，并切除附着在金属薄壁管上的模芯2。

需要说明的是，在得到成品的金属薄壁管后，通过反向挤压工艺使得模芯2退出金属薄壁管的内腔，继而通过线切割或者机械切割的方法使两者分离。其中反向挤压工艺是该金属薄壁管的流动方向与挤压轴的运动方向相反，可以采用双挤压轴的挤压方式。在反向挤压中，金属薄壁管与挤压筒之间无相对摩擦，因此挤压力较小。成品金属薄壁管的力学性能较为均一，并且可以有效消除和减小金属薄壁管内部的晶体缺陷。

具体的，在采用反向挤压工艺使金属薄壁管与模芯分离，并切除附着在金属薄壁管上的模芯之后还包括S5：采用空拔工艺将金属薄壁管固定在矫直拉拔模3中进行拉拔，所述矫直拉拔模3的内径与所述成型拉拔中最后一次冷拉拔处理所使用的拉拔模3内径相同。

需要说明的是，经过预拉拔和成型拉拔后的金属薄壁管的弯曲度和扭曲度无法达到心血管之间的使用标准，因此采用矫直拉拔模3对金属薄壁管进行空拉拔，该空拉拔的次数可以是依一次或多次，在实际使用中，矫直拉拔中空拉拔的次数根据所制备的金属薄壁管的弯曲度或扭曲度，以及心血管支架的使用要求调整，本实施例对此并不加以限定，也不局限于上述示例。

具体的，在采用空拔工艺将金属薄壁管固定在矫直拉拔模中进行拉拔，矫直拉拔模的内径与成型拉拔中最后一次冷拉拔处理所使用的拉拔模内径相同之后还包括S6：采用清洗剂处理金属薄壁管。

需要说明的是，在拉拔过程中为减小拉拔的摩擦力，通常在金属薄壁管上添加润滑油，并在机械切割或线切割中为降低金属薄壁管表面的温度，需要用水进行降温，因此初步得到的金属薄壁管表面沾有大量的油污和金属碎屑，通过清洗剂将其清除，其中清洗剂可以是常用的酒精和丙酮，两者都是常用的有机物溶剂，通过与有机物的相容性彻底清除金属薄壁管表面的油污及金属碎屑。

进一步地，成型拉拔中的拉拔次数为多次，每次成型拉拔后均对金属薄壁管进行退火处理，每次退火处理的温度和保温时间均小于前一次退火处理的温度和保温时间。

需要说明的是，在成型拉拔处理后需要进行退火处理，即将金属薄壁管置于加热炉中，以一定的升温速率和保温时间高温处理，最后以一定降温速率降至室温的过程。退火处理的过程主要是消除拉拔在金属薄壁管内部所造成的应力集中，增加金属薄壁管的延展性和韧性，使得金属薄壁管内部的晶体结构维持稳定的状态。

其中，每次退火处理的温度和保温时间均小于前一次退火处理的温度和保温时间，这样的设置方式可以逐渐消除金属薄壁管内部的应力，最终得到稳定性更佳的成品。具体的退火温度和保温时间可以根据需要设定，本实施例对此并不加以限定。

进一步地，每次成型拉拔中金属薄壁管的管壁厚度的形变量范围在为1％至10％内。

需要说明的是，为保证成品金属薄壁管的壁厚及内径最为均匀，且在拉拔过程中效率最高。每次成型拉拔中金属薄壁管的管壁厚度形变量的1％至10％，若管壁厚度的形变量较小，则金属薄壁管的拉拔效率及制备效率均较低，若管壁厚度的形变量较大，则最终制备的金属薄壁管成品的管壁厚度及内径均一形较小，不能达到心血管支架的使用标准。在实际的使用中，可以根据需要在本实施例的形变量范围内调整具体的管壁厚度的形变量，本实施例对形变量的具体数值并不加以限定。

进一步地，待拉拔金属棒为镁棒或镁合金棒。

需要说明的是，在本实施例中待拉拔金属棒可以选用镁或镁合金材质，镁及镁合金是最轻的金属结构材料之一，具有较高的比强度和比刚度值，阻尼芯和可切削性较好，易于回收，较为环保。更重要的是，镁作为生物医用材料，具有良好的医学安全性基础，可以在人体的生理环境下与液体发生反应并自发降解，生成无毒无害的产物，具有非常良好的生物相容性，是非常有前景的医用生物材料。镁或镁合金材质的金属薄壁管件经过激光切割加工后作为心血管支架。

需要指出的是，本实施例不仅可以制备镁薄壁管或镁合金薄壁管，还可以制备其他金属的薄壁管，例如钛或钛合金，而本实施例对于这些金属薄壁管的用途并不加以限定。

进一步地，盲孔的深度为待拉拔金属棒的长度的70％至90％。

需要说明的是，盲孔的深度过深或该盲孔直接设置为通孔，会导致在拉拔过程中，夹持件的夹持稳定性较小，影响拉拔后金属薄壁管件的内径以及管壁厚度的均一性，因此盲孔深度较大并不利用得到性能良好的金属薄壁管。另一方面，若盲孔的深度过小，那么后期模芯2的安装深度也会相应较小，导致大量的待拉拔金属棒中未形成空心管状结构而造成浪费。需要指出的是，在实际使用中可以根据需要，在本实施例给出的盲孔深度范围内调整盲孔深度的具体数值，本实施例对其并不加以限定。

进一步地，作为一种可选的实施例，本发明可以为如下步骤：

步骤(1)选取直径为φ5.0mm，长度为200mm的纯镁材质的待拉拔金属棒，在其任意一个端面的中心位置钻削一个直径为φ3.8mm的盲孔，以得到拉拔坯料。

步骤(2)将拉拔坯料固定在拉拔模上，采用空拔工艺上对步骤(1)得到的拉拔坯料进行缩径处理，得到外径为φ3.7mm，内径为φ2.5mm的初拉拔坯料。

步骤(3)将直径φ2.5mm，长度为250mm的模芯***到初拉拔坯料的盲孔中，在初拉拔坯料上进行第一道次的室温带模芯冷拉拔过程，此时拉拔模的内腔直径为φ3.4mm，拉拔得到外径为φ3.4mm、内径为φ2.5mm的第一次拉拔管坯；

接着在200℃下进行退火处理20分钟，然后更换内腔直径为φ3.2mm的拉拔模，进行第二道次带模芯室温冷拉拔得到外径为φ3.2mm、内径为φ2.5mm的第二次拉拔管坯；

再次在150℃下进行退火处理15分钟后，分别继续进行第三、四、五道次的冷拉拔，该过程与第二道次冷拉拔过程相同，管坯内径不变，保持为φ2.5mm，外径变化过程为φ3.2mm→φ3.1mm→φ3.05mm→φ3.0mm，且第三、第四、和第五道次之间均进行在150℃下进行退火15分钟，得到了φ3.0x0.25mm的纯镁薄壁管坯。

步骤(4)取出模芯后，线切割去除中心不含有模芯的薄壁管坯实心部分；此时纯镁薄壁管材已经基本成型。

步骤(5)为达到更高的工艺要求，纯镁薄壁管材进行矫直处理和清洗处理，最终得到了外径φ3.0mm、壁厚0.25mm成品纯镁薄壁管。

需要指出的是，最终得到的纯美薄壁管的屈服强度的范围在137.4-162.8MPa之间，抗拉强度的范围在142.9-187.4MPa之内，延伸率的范围在1.5-8.1％之间。

而Ф3.0×0.25mm管材的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为148.6MPa、188.7MPa和3.5％。

需要说明的是，上述的制备过程仅为本实施例的一种可实现的实施方式，在实际的使用中，上述制备过程所涉及的参数可以根据需要调整，本实施例对次并不加以限定，也不局限于上述示例。

本发明实施例一提供的金属薄壁管制备方法，通过在待拉拔金属棒的端面上钻削盲孔得到拉拔坯料，采用空拔工艺对拉拔坯料进行缩径处理得到初拉拔坯料，在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，并将初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管，之后对金属薄壁管进行去除模芯、矫直拉拔和清洗处理等步骤以得到成品的金属薄壁管。因此制备的金属薄壁管的管壁厚度较小，金属薄壁管件的强度及管壁表面的光滑度较高，足以达到心血管支架的使用要求。

实施例二

图3是本发明实施例二提供的金属薄壁管件的截面的电镜扫描图。参照附图3所示，本发明实施例二还提供一种金属薄壁管件，金属薄壁管件采用如上述的金属薄壁管制备方法制备得到。

需要说明的是，该金属薄壁管件可以选用挤压态的待拉拔金属棒，在其一端的端面上钻削盲孔完成预处理，接下来采用空拔工艺对上述的拉拔坯料进行缩径处理，得到管壁厚度较为均一的初拉拔坯料，接下来在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，在拉拔模中对该初拉拔坯料进行至少一次的冷拉拔处理得到金属薄壁管，该金属薄壁管仅为预成品，之后需要对其进行去除模芯、矫直拉拔和清洗处理后，最终得到成品的金属薄壁管件。

其他技术特征与实施例一相同，并能达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。

本发明实施例二提供的金属薄壁管件，通过在待拉拔金属棒的端面上钻削盲孔得到拉拔坯料，采用空拔工艺对拉拔坯料进行缩径处理得到初拉拔坯料，在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，并将初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管，之后对金属薄壁管进行去除模芯、矫直拉拔和清洗处理等步骤以得到成品的金属薄壁管。因此制备的金属薄壁管的管壁厚度较小，金属薄壁管件的强度及管壁表面的光滑度较高，足以达到心血管支架的使用要求。

实施例三

本发明还提供一种心血管支架，心血管支架采用如上述的金属薄壁管件制成。

需要说明的是，本实施例提供的心血管支架利用实施例二所提供的金属薄壁管件采用激光切割和加工的方法制成心血管支架，其中心血管支架的形状及具体的尺寸是根据该心血管支架位于人体内不同部位所进行设计的。在本实施例中，该金属薄壁管件可以为镁及镁合金的薄壁管件，其具有良好的生物相容性，能保证该心血管支架对人体的副作用最小。

其他技术特征与实施例一或实施二相同，并能达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。

本发明实施例三提供的心血管支架，通过在待拉拔金属棒的端面上钻削盲孔得到拉拔坯料，采用空拔工艺对拉拔坯料进行缩径处理得到初拉拔坯料，在初拉拔坯料的盲孔中***模芯，并将初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管，之后对金属薄壁管进行去除模芯、矫直拉拔和清洗处理等步骤以得到成品的金属薄壁管。因此以此金属薄壁管制备的心血管支架的管壁厚度较小，金属薄壁管件的强度及管壁表面的光滑度较高，足以达到心血管支架的使用要求，并且该心血管支架拉伸强度、屈服强度及延伸率较高，足以支撑血管从而达到疏通动脉血管的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种金属薄壁管制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

拉拔金属棒的端面上钻削盲孔得到拉拔坯料；

采用空拔工艺对所述拉拔坯料进行缩径处理得到初拉拔坯料；

在所述初拉拔坯料的所述盲孔中***模芯，并将所述初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管；

在所述初拉拔坯料的所述盲孔中***模芯，并将所述初拉拔坯料固定在拉拔模中进行至少一次地冷拉拔处理得到金属薄壁管之后还包括：采用反向挤压工艺使所述金属薄壁管与所述模芯分离，并切除附着在所述金属薄壁管上的所述模芯；

成型拉拔中的拉拔次数为多次，每次所述成型拉拔后均对所述金属薄壁管进行退火处理，每次所述退火处理的温度和保温时间均小于前一次所述退火处理的温度和保温时间。

2.根据权利要求1所述的金属薄壁管制备方法，其特征在于，在所述采用反向挤压工艺使所述金属薄壁管与所述模芯分离，并切除附着在所述金属薄壁管上的所述模芯之后还包括：采用空拔工艺将所述金属薄壁管固定在矫直拉拔模中进行拉拔，所述矫直拉拔模的内径与所述成型拉拔中最后一次冷拉拔处理所使用的拉拔模内径相同。

3.根据权利要求2所述的金属薄壁管制备方法，其特征在于，在所述采用空拔工艺将所述金属薄壁管固定在矫直拉拔模中进行拉拔，所述矫直拉拔模的内径与所述成型拉拔中最后一次冷拉拔处理所使用的拉拔模内径相同之后还包括：采用清洗剂处理所述金属薄壁管。

4.根据权利要求1所述的金属薄壁管制备方法，其特征在于，每次所述成型拉拔中所述金属薄壁管的管壁厚度的形变量范围在1％至10％内。

5.根据权利要求1-3任一项所述的金属薄壁管制备方法，其特征在于，所述拉拔金属棒为镁棒或镁合金棒。

6.根据权利要求1-3任一项所述的金属薄壁管制备方法，其特征在于，所述盲孔的深度为所述拉拔金属棒的长度的70％至90％。

7.一种金属薄壁管件，其特征在于，所述金属薄壁管件采用如权利要求1-6中任一项所述的金属薄壁管制备方法制备得到。

8.一种心血管支架，其特征在于，所述心血管支架采用如权利要求7所述的金属薄壁管件制成。