马氏体时效硬化不锈钢医用缝合针表面质量的研究

摘要

医用不锈钢一般可以分为外科手术器械和外科手术植入物两种，区别于普通不锈钢的是，它要求不锈钢的纯净度更高，表面质量要更好。多年来，本课题组对1RK91（马氏体时效不锈钢）进行了深入的研究，也发现了利用1RK91型马氏体时效不锈钢来制造医用缝合针的优势。以此为背景，本文从缝合针的生产工艺和热处理工艺的角度出发主要探究了不锈钢丝冷拔过程中表面质量的变化规律，以及不同热处理方式对材料表面氧化着色的影响，并通过维氏硬度测试、标准偏差计算、SEM（扫描电子显微镜）观察和EDS（能谱仪）分析等方法来表征。
　　研究表明，马氏体时效不锈钢丝在拉拔过程中，由于组织内部发生冷加工硬化，随着压缩率的增加，维氏硬度会不断升高。在拉拔的初始阶段，钢丝表面质量较差，表面缺陷主要以沟渠状划痕、氧化皮、大面积的凹坑为主，这主要是因为此时基体材料较软，硬度低，钢丝表面若有坚硬的氧化皮容易划伤表面而留下缺陷，另外，相当一部分氧化皮也有可能会被嵌入进基体里面;随着压缩率的增加，即钢丝直径范围在1.723mm～2.199mm之间，20％＜压缩率＜50％，钢丝表面变得相对平整和光亮，只有局部出现零星的微坑，大部分区域已不见有橘皮状的浅坑;而当压缩率大于60％以后，钢丝表面在20倍电子显微镜下基本看不到缺陷，表面光亮，且金属光泽度高，也无凹凸不平现象出现。
　　钢丝表面质量的好坏会体现在尺寸精度上，通过计算标准偏差值来衡量钢丝的尺寸精度。我们发现，每一道次的平均实测直径随着钢丝线径的减小逐渐逼近标准值，标准偏差值也是呈阶段性下降趋势。
　　不同的拉丝模（天然金刚石膜、CD模、人造聚晶金刚石模）对钢丝表面质量的影响有较大的差异。从扫描图片和尺寸精度上来看，用天然金刚石模拉拔出来的丝表面质量最好，精度最高，CD模次之，人造聚晶金刚石模最差，这可能是聚晶模模芯相对易磨损，拉拨不稳定所致。
　　1RK91不锈钢丝在真空度为1.01×105Pa～0.8×10-4Pa下热处理，表面会发生不同程度的氧化，且随着真空度的升高，表面氧化有所减少，同时在475℃真空热处理下，真空度的差异并没有对硬度产生影响。
　　1RK91不锈钢丝在不同温度下真空热处理后出现明显的氧化变色现象与材料表面的氧化层厚度有关，真空热处理温度越高，钢丝表面氧化越轻微。
　　另外，设计了填料式热处理工艺方法，该方法结合了真空热处理和保护热处理的各项优点，不但在低真空度下就能除尽氧化性气氛，而且能非常有效地改善不锈钢丝表面的氧化变色情况，保持原有的表面光洁度、尺寸精度和性能要求。实验结果表明，使用Mg、 Si、 Ti、C等还原粉都能起到防止金属表面氧化的作用。
　　不锈钢丝热处理后表面氧化情况与热处理之前的表面质量有关，表面质量越好的丝热处理后表面氧化的程度就越低，同时氧化严重的区域往往集中在凹坑、划痕等缺陷处。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 不锈钢的种类及牌号

1．3 医用不锈钢概述

1．3．1 医用不锈钢的特点

1．3．2 医用不锈钢的应用

1．4 钢丝拉拔工艺

1．4．1 钢丝拉拔发展史

1．4．2 拉拔基本知识

1．4．3 钢丝润滑

1．4．4 拉丝模具

1．5 酸洗处理

1．5．1 氧化皮的形成及去除

1．5．2 酸洗对表面质量的影响

1．6 光亮热处理对表面质量的影响

1．6．1 通保护气体光亮热处理

1．6．2 真空热处理

1．6．3 加填料光亮热处理

1．7 关于评判金属表面质量的研究进展

1．8 本论文的研究思路及主要研究内容

第二章 医用不锈钢钢丝的制备和实验方法

2．1 试样制备和处理

2．1．1 试样制备

2．1．2 试样处理

2．2 试验方法

2．2．1 直读光谱仪

2．2．2 维氏硬度测试

2．2．3 场发射扫描电子显微镜(FESEM)

2．2．4 能谱分祈(EDS)

第三章 拉模材质对不锈钢钢丝表面质量的影响

3．1 前言

3．1．1 拉丝模的制造

3．1．2 模孔的介绍

3．1．3 冷拔钢丝

3．2 实验方法

3．3 实验结果与分析

3．3．1 钢丝冷拔过程中表面质量的一般规律

3．3．2 拉模材质对表面质量的影响

3．3．3 钢丝表面的主要缺陷和分析

3．4 本章小结

第四章 光亮热处理对钢丝表面质量的影响

4．1 前言

4．1．1 光亮热处理

4．1．2 光亮热处理的类别

4．2 实验方法

4．3 实验结果与分析

4．3．1 不同真空度对材料的硬度和表面质量的影响

4．3．2 不同温度对材料表面质量的影响

4．3．3 不同还原粉末对1RK91钢丝表面质量的影响

4．3．4 不同表面质量的不锈钢丝的表面氧化情况

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文与其他研究成果