一种低摩擦系数的钛缆锁紧扣及其制备方法与流程

本发明涉及医用金属材料及其医疗器械，尤其是涉及一种可抑制耐药细菌生物膜的低摩擦系数的钛缆锁紧扣及其制备方法。

背景技术：

1、钛缆是由多股细钛丝组成的缆绳样结构，作为线缆技术的一种，常用于骨创伤的内固定。目前钛缆锁紧扣多采用钛或钛合金制备而成，钛合金是一种生物安全性优异的金属，具有较高的比强度，在骨创伤修复领域获得广泛应用，例如骨针、髓内钉、骨板、螺钉、人工关节等。在骨折康复过程中，由于骨折端稳定性差，钛缆对组织的摩擦力显著增加植入物对软组织的激惹。另外，若患者体内植入物表面形成耐甲氧西林金黄色葡萄球菌形成的细菌生物膜，极易造成持续的感染，而由于该菌种耐甲氧西林的特性，导致抗生素等现有药物难以干预或治疗此类感染，感染的恶化最终造成钛缆锁紧扣松动甚至脱落。

2、因此，亟待发展出一种可抑制耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌形成细菌生物膜的低摩擦系数的钛合金钛缆锁紧扣。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低摩擦系数的钛缆锁紧扣及制备方法，在保证钛缆锁紧扣具有优异的组织相容性以及强塑性的情况下，进一步抑制耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌在其表面的附着及增殖，以抑制耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌细菌生物膜的形成。

2、为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种低摩擦系数的钛缆锁紧扣，由包括以下步骤的方法制备：

4、1)熔炼：将原材料海绵钛、ticu中间合金、alv中间合金、铝豆和铝网按重量百分比的如下成分进行配料：al：5.6～6.3％、v：3.6～4.5％、cu：4.6～5.9％、ti余量；

5、将铝网做成容器，用海绵钛、ticu中间合金、a1v中间合金和铝豆进行填充，用电极模具压制成熔炼电极，再熔炼成合金铸锭；

6、2)制备钛合金板坯：将合金铸锭加热至710～820℃，保温4～6小时进行热锻造，锻造总锻比为4～6，锻造成厚度80～100mm的板坯，分割成小块后，再次加热至700～800℃，保温0.5～1小时，水冷，随后再次加热至750～800℃，水冷，如此循环加热冷却5次；

7、3)板坯粗轧：将合金板坯加热至730～810℃，保温1～2小时后进行热轧，采用热轧工艺将板坯轧制成厚度为15～20mm的板材，粗轧共进行8道次，第1道次变形量20～30％，第2～6道次每道次变形量15～25％，第7～8道次每道次变形量10～15％；

8、4)精轧：粗轧的板材退火矫平温度为730～820℃，保温2～8小时，出炉进行喷淋水冷，冷却水温度为10～20℃；退火后的板材进行精轧，每道次下压量0.05～0.5mm；

9、5)矫平处理：精轧后板材装进矫平模具，在610～710℃保温1.6～3.2小时，空冷；所得板材经修磨抛光，得到钛缆锁紧扣。

10、下面对各步骤进行详细说明：

11、步骤1)

12、合金铸锭的化学成分按重量百分比为：al：5.6～6.3％(如5.6％、5.7％、5.8％、5.9％、6.0％、6.1％、6.2％、6.3％)；v：3.6～4.5％(如3.6％、3.7％、3.8％、3.9％、4.0％、4.1％、4.2％、4.3％、4.4％、4.5％)，优选3.9～4.2％；cu：4.6～5.9％(如4.8％、5.0％、5.2％、5.4％、5.5％、5.6％、5.8％、5.9％)，优选4.8～5.8％，更优选5.2～5.6％；ti余量；

13、合金铸锭由原料海绵钛、ticu中间合金、a1v中间合金、铝豆以及作为容器的高纯铝网共同压制成电极后熔炼而成。

14、优选地，海绵钛为0级海绵钛；铝豆为纯度99.99％的高纯铝豆。

15、优选地，将铝网卷成两个底部直径不等的圆筒状的铝网桶，两个铝网桶套在一起，两个铝网桶之间的空间填充ticu中间合金，铝网桶内部填充铝豆、海绵钛和a1v中间合金的混合物(使用混料机将铝豆与海绵钛机械混匀)。

16、然后用铝豆、海绵钛和alv中间合金的混合物将铝网桶埋入电极模具，压制成熔炼电极，熔炼成如上成分的合金铸锭。

17、优选地，熔炼为真空自耗炉熔炼。

18、步骤2)

19、制备钛合金板坯：将合金铸锭加热至710～820℃(如720、750、780、800℃)，保温4～6小时，锻造总锻比为4～6，锻造成厚度80～100mm的板坯，分割成小块后，再次加热至700～800℃(如730、750、780、790℃)，保温0.5～1小时，水冷，随后再次加热至750～800℃，水冷，如此循环加热冷却5次。

20、步骤3)

21、板坯粗轧：将合金板坯加热至730～810℃(如730、750、780、800℃)，保温1～2小时，采用热轧工艺将板坯轧制成厚度为15～20mm的板材，粗轧共进行8道次，第1道次变形量20～30％，第2～6道次每道次变形量15～25％，第7～8道次每道次变形量10～15％；

22、步骤4)

23、精轧：粗轧的板材退火矫平温度为730～820℃(如740、750、780、800℃)，保温2～8小时，出炉进行喷淋水冷，冷却水温度为10～20℃；退火后的板材进行精轧，每道次下压量0.05～0.5mm；

24、步骤5)

25、矫平处理：精轧后板材装进矫平模具，在610～710℃(如640、650、680、690℃)保温1.6～3.2小时，空冷；所得板材经修磨抛光，制备的钛缆锁紧扣的摩擦系数为0.42～0.45。

26、所述钛缆锁紧扣的厚度为4～6mm，其摩擦系数为0.42～0.45，延伸率≥12％，细胞毒性级评级≤1级，点蚀电位≥2013mv。以tc4钛合金被耐甲氧西林金黄色葡萄球菌细菌污染后的共培养结果作为比较基准，所述钛缆锁紧扣可在被耐甲氧西林金黄色葡萄球菌细菌污染的植入物的共培养模型中提供高于99％的相对抗菌率。

27、根据本发明的第二个方面，提供了一种低摩擦系数的钛缆锁紧扣的制备方法，包括以下步骤：

28、1)熔炼：将原材料海绵钛、ticu中间合金、alv中间合金、铝豆和铝网按重量百分比的如下成分进行配料：al：5.6～6.3％、v：3.6～4.5％、cu：4.6～5.9％、ti余量；

29、将铝网做成容器，用海绵钛、ticu中间合金、alv中间合金和铝豆进行填充，用电极模具压制成熔炼电极，再熔炼成合金铸锭；

30、2)制备钛合金板坯：将合金铸锭加热至710～820℃，保温4～6小时进行热锻造，锻造总锻比为4～6，锻造成厚度80～100mm的板坯，分割成小块后，再次加热至700～800℃，保温0.5～1小时，水冷，随后再次加热至750～800℃，水冷，如此循环加热冷却5次；

31、3)板坯粗轧：将合金板坯加热至730～810℃，保温1～2小时后进行热轧，采用热轧工艺将板坯轧制成厚度为15～20mm的板材，粗轧共进行8道次，第1道次变形量20～30％，第2～6道次每道次变形量15～25％，第7～8道次每道次变形量10～15％；

32、4)精轧：粗轧的板材退火矫平温度为730～820℃，保温2～8小时，出炉进行喷淋水冷，冷却水温度为10～20℃；退火后的板材进行精轧，每道次下压量0.05～0.5mm；

33、5)矫平处理：精轧后板材装进矫平模具，在610～710℃保温1.6～3.2小时，空冷；所得板材经修磨抛光，制备的钛缆锁紧扣的摩擦系数为0.42～0.45。

34、第二方面的内容与第一方面中的对应内容一致，在此不再赘述。

35、有益效果：

36、(1)本发明针对钛缆锁紧扣的应用需求以及合金成分的设计，采用特殊的加工工艺获得低摩擦系数的钛缆锁紧扣，所需设备及加工工艺简单，可以满足批量生产。

37、(2)本发明生产的钛缆锁紧扣用丝材可得到较高的摩擦系数(0.42～0.45)，并且能保证优异的强塑性。