本發(fā)明涉及粉末冶金，具體涉及口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝。

背景技術(shù)：

1、隨著口腔醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，金屬正畸托槽作為重要的口腔正畸器械，其質(zhì)量和性能對(duì)正畸治療的效果有著至關(guān)重要的影響。傳統(tǒng)的金屬正畸托槽制造工藝存在材料利用率低、加工精度不高、成本偏高等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代口腔正畸治療對(duì)高精度、高質(zhì)量正畸托槽的需求。因此，鈦合金粉末冶金注射成型工藝應(yīng)運(yùn)而生，為口腔金屬正畸托槽的制造提供了新的解決方案。

2、鈦合金材料是一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高，耐腐蝕性好，耐熱性高，塑性，韌性，可焊接性，生物相容性好等性能，鈦合金人體植入物是與人的健康密切相關(guān)的特殊的材料在醫(yī)療器械行業(yè)廣泛使用。通常在醫(yī)療口腔器械金屬正畸托槽行業(yè)采用不銹鋼線割和不銹鋼鋼機(jī)加工線割304/17-4，和不銹鋼mim不銹鋼(17-4)注射成型，而且不銹鋼植入人體后面耐腐蝕性和耐磨損等作用會(huì)破壞釋放金屬離子，導(dǎo)致毒副作用，而且304/17-4不銹鋼屬于馬氏體不銹鋼鎳含為3.5～4.5之間，這個(gè)兩種材料屬于馬氏體不銹鋼達(dá)到表面做鈍化處理或電鍍處理才能正常使用達(dá)到醫(yī)療器材的材料的的耐腐性。

3、鈦合金粉末冶金注射成型是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，它將鈦合金粉末與粘結(jié)劑混合后，通過(guò)注射成型機(jī)將混合料注入模具中，再經(jīng)過(guò)脫脂、燒結(jié)等工藝，最終得到所需形狀的鈦合金制品。這種技術(shù)具有成型精度高、生產(chǎn)效率高、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于制造形狀復(fù)雜、精度要求高的醫(yī)療植入物，如口腔金屬正畸托槽。

4、傳統(tǒng)的金屬正畸托槽制造工藝中，由于材料利用率低，加工成本高加工以及工藝復(fù)雜很難實(shí)現(xiàn)，而且材料對(duì)刀具設(shè)備有較高的局限性，造成了投資成本和附件成本大大增加，導(dǎo)致正畸托槽的價(jià)格較高。而鈦合金粉末冶金注射成型工藝采用粉末冶金技術(shù)，可以最大限度地提高材料的利用率，減少材料浪費(fèi)，從而降低制造成本。同時(shí)，由于該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)大批量生產(chǎn)，進(jìn)一步降低了單個(gè)正畸托槽的成本，為患者提供了更多優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)的醫(yī)療產(chǎn)品?；诖?，本發(fā)明提供了一種口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，制作得到的產(chǎn)品既具有高的硬度和耐磨性，又具備良好的耐腐蝕性和韌性。

2、一方面，本發(fā)明提供口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，步驟包括：將體積比為(90-92)：(8-10)的鈦合金粉末和粘結(jié)劑混合進(jìn)行密煉；密煉后注射成型得到初坯；隨后將初坯進(jìn)行脫脂；最后進(jìn)行高真空燒結(jié)，冷卻后即得鈦合金零件。

3、進(jìn)一步地，所述鈦合金粉末由以下質(zhì)量百分百的元素組成：2-6％的mn，4-6％的mo，8-10％的nb，1-2％的v，0.8-1.2％的ta，0.4-0.6％的pd，余量為ti及不可避免的雜質(zhì)。

4、進(jìn)一步地，所述鈦合金粉末為氣霧化粉末，鈦合金粉末d10粒徑為8-10微米，d50粒徑為16-20微米，氧含量為1600-2000ppm。

5、進(jìn)一步地，所述粘結(jié)劑包括重量份比值為(16-20)：(10-14)：(2-6)：(22-24)：(4-8)：(30-34)數(shù)均分子量為3-4萬(wàn)的聚甲醛、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、硬脂酸和石蠟。

6、進(jìn)一步地，所述密煉步驟包括：將鈦合金粉末與數(shù)均分子量為3-4萬(wàn)的聚甲醛、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯混合后進(jìn)行第一次密煉，密煉時(shí)間為20-30min，隨后加入硬脂酸和石蠟進(jìn)行第二次密煉，密煉時(shí)間為50-70min。

7、進(jìn)一步地，所述密煉時(shí)氧含量為1000-1500ppm，密煉溫度為170-180℃。

8、進(jìn)一步地，所述注射成型時(shí)螺桿炮筒溫度為165-220℃，模具溫度為60-70℃，注射壓力為100-120mpa，保壓壓力為85-95mpa。

9、進(jìn)一步地，所述脫脂步驟為將注射成型得到的初坯在草酸氣氛下進(jìn)行脫脂。

10、進(jìn)一步地，所述脫脂溫度70-130℃，進(jìn)酸量為0.8-1.8g/min，脫脂時(shí)間為6-10h。

11、進(jìn)一步地，所述燒結(jié)時(shí)真空度大于10-2pa，燒結(jié)溫度為1150-1400℃，燒結(jié)時(shí)間30-300min。

12、本發(fā)明的有益效果在于：

13、(1)本發(fā)明中鈦合金粉末各元素含量經(jīng)過(guò)調(diào)控，在確保提高硬度和耐磨性的同時(shí)，也不會(huì)犧牲韌性和耐腐蝕性；mo是一種硬質(zhì)金屬元素，能夠顯著提高鈦合金的硬度和耐磨性；nb的添加也有助于提高鈦合金的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)保持良好的韌性；mn元素在鈦合金中能夠形成穩(wěn)定的氧化物層，改善鈦合金的耐腐蝕性和韌性；v和ta能夠細(xì)化鈦合金的晶粒，減少裂紋的產(chǎn)生，從而提高韌性；且pd的加入能增加鈦在酸性含氟介質(zhì)中的抗腐蝕性能，這使得本發(fā)明鈦合金產(chǎn)品在口腔金屬正畸托槽具有更進(jìn)一步地優(yōu)勢(shì)；在此基礎(chǔ)上，ta的加入能夠促進(jìn)pd含量?jī)H僅在0.4-0.6％時(shí)的耐腐蝕性，降低了產(chǎn)品整體的生產(chǎn)成本；

14、(2)鈦合金粉末采用氣霧化法制備，具有球形度高、粒度分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，這種粉末在注射成型過(guò)程中能夠更容易地填充模具，減少孔隙和缺陷的產(chǎn)生，從而提高產(chǎn)品的力學(xué)性能。此外，粉末的d10和d50粒徑經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制，以確保粉末在混合和注射成型過(guò)程中的均勻性；

15、(3)本發(fā)明中選擇高分子聚合物作為粘結(jié)劑，能夠在密煉過(guò)程中與鈦合金粉末形成均勻的混合物，確保粉末顆粒之間的緊密接觸和均勻分布；硬脂酸和石蠟的加入則進(jìn)一步提高了混合物的流動(dòng)性和可塑性，為后續(xù)的注射成型提供了良好的條件；更進(jìn)一步地，通過(guò)兩次密煉過(guò)程，首先將鈦合金粉末與高分子聚合物混合，再加入硬脂酸和石蠟進(jìn)行進(jìn)一步密煉，確保了粉末與粘結(jié)劑的均勻混合；

16、(4)本發(fā)明中選用重量份比值為(16-20)：(10-14)：(2-6)：(22-24)：(4-8)：(30-34)數(shù)均分子量為3-4萬(wàn)的聚甲醛、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、硬脂酸和石蠟作為粘結(jié)劑，其具有良好的流動(dòng)性和可塑性，這使得它們能夠在密煉過(guò)程中與鈦合金粉末充分混合，形成均勻的混合物。這種均勻性對(duì)于后續(xù)的注射成型過(guò)程至關(guān)重要，因?yàn)樗軌虼_保粉末在模具中的均勻分布和緊密填充；此外，雖然粘結(jié)劑的種類較多，但在本發(fā)明提供的工藝中，粘結(jié)劑能夠被有效去除，同時(shí)不會(huì)留下對(duì)鈦合金性能有害的殘留物，這也確保了最終產(chǎn)品的純凈度和性能；

17、(5)本發(fā)明密煉過(guò)程中嚴(yán)格控制了密煉時(shí)間、溫度和氧含量等參數(shù)，以確保鈦合金粉末與粘結(jié)劑的均勻混合和穩(wěn)定性；注射成型過(guò)程中精確控制了螺桿炮筒溫度、模具溫度、注射壓力和保壓壓力等參數(shù)，以確保初坯的精度和強(qiáng)度；脫脂和燒結(jié)過(guò)程中嚴(yán)格控制了脫脂溫度、進(jìn)酸量、脫脂時(shí)間、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間等參數(shù)，確保最終產(chǎn)品既具有高的硬度和耐磨性，又具備良好的耐腐蝕性和韌性。

技術(shù)特征：

1.口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，步驟包括：將體積比為(90-92)：(8-10)的鈦合金粉末和粘結(jié)劑混合進(jìn)行密煉；密煉后注射成型得到初坯；隨后將初坯進(jìn)行脫脂；最后進(jìn)行高真空燒結(jié)，冷卻后即得鈦合金零件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述鈦合金粉末由以下質(zhì)量百分百的元素組成：2-6％的mn，4-6％的mo，8-10％的nb，1-2％的v，0.8-1.2％的ta，0.4-0.6％的pd，余量為ti及不可避免的雜質(zhì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述鈦合金粉末為氣霧化粉末，鈦合金粉末d10粒徑為8-10微米，d50粒徑為16-20微米，氧含量為1600-2000ppm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述粘結(jié)劑包括重量份比值為(16-20)：(10-14)：(2-6)：(22-24)：(4-8)：(30-34)數(shù)均分子量為3-4萬(wàn)的聚甲醛、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、硬脂酸和石蠟。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述密煉步驟包括：將鈦合金粉末與數(shù)均分子量為3-4萬(wàn)的聚甲醛、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯混合后進(jìn)行第一次密煉，密煉時(shí)間為20-30min，隨后加入硬脂酸和石蠟進(jìn)行第二次密煉，密煉時(shí)間為50-70min。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述密煉時(shí)氧含量為1000-1500ppm，密煉溫度為170-180℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述注射成型時(shí)螺桿炮筒溫度為165-220℃，模具溫度為60-70℃，注射壓力為100-120mpa，保壓壓力為85-95mpa。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述脫脂步驟為將注射成型得到的初坯在草酸氣氛下進(jìn)行脫脂。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述脫脂溫度70-130℃，進(jìn)酸量為0.8-1.8g/min，脫脂時(shí)間為6-10h。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，其特征在于，所述燒結(jié)時(shí)真空度大于10-2pa，燒結(jié)溫度為1150-1400℃，燒結(jié)時(shí)間30-300min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝，步驟包括：將體積比為(90?92)：(8?10)的鈦合金粉末和粘結(jié)劑混合進(jìn)行密煉；密煉后注射成型得到初坯；隨后將初坯進(jìn)行脫脂；最后進(jìn)行高真空燒結(jié)，冷卻后即得鈦合金零件；所述鈦合金粉末由以下質(zhì)量百分百的元素組成：2?6％的Mn，4?6％的Mo，8?10％的Nb，1?2％的V，0.8?1.2％的Ta，0.4?0.6％的Pd，余量為Ti及不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明口腔金屬正畸托槽鈦合金粉末冶金注射成型工藝制作得到的產(chǎn)品既具有高的硬度和耐磨性，又具備良好的耐腐蝕性和韌性，而且可以解決鎳過(guò)敏人群眾的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：浦航,史福華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇米亞醫(yī)療器械科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23