一种新型铜镍钛牙弓丝的生产制备工艺.pdf

随着牙齿正畸系统的进一步发展和完善，对正畸产品的要求越来越高，传统的不锈钢牙弓丝和镍钛合金牙弓丝由于各自都存在一定的缺陷而不能很好的满足临床操作和治疗效果的要求。基于以上原因本发明提出了一种新型铜镍钛牙弓丝的生产制备工艺，该牙弓丝有其独特的机械性能和特性，能较好的解决传统牙弓丝的不足之处，其基本制作工艺是：一：拉丝、包括热拉和冷拉，热拉温度为650℃～720℃，冷拉后冷变形量控制在45％±5％。二：时效处理、将预制成型的牙弓丝放于保温炉内，温度为480℃～600℃，保温时间为0.5h～3.5h，出炉后水冷。三：表面处理、将时效处理后的牙弓丝经过酸洗、抛光等处理。

1.  一种新型铜镍钛牙弓丝的生产制备工艺，其特征是拉丝、时效处理、表面处理的工艺，具体步骤为：第一步，拉丝，拉丝的主要工艺步骤是热拉、退火、校直、去皮、冷拉，拉丝过程中热拉的温度为650℃～730℃，中间退火温度为700℃～780℃，校直温度为350℃～450℃，冷拉的总的变形量为45％±5％，去皮的酸的配比为HF∶HNO₃∶H₂O=(0.5～1.5)∶(8～12)∶(15～25)；第二步，时效处理，时效处理所用设备为箱式电阻炉，时效温度为480℃～600℃、保温时间为0.5h～3.5h、冷却方式为水冷，时效后去皮处理所用酸的配比为HF∶HNO₃∶H₂O=(1.5～2.5)∶(8～15)∶(10～20)；第三步，表面处理，采用机械抛光工艺，所选设备为震动式研磨机，抛光时间为30min～420min。

2.  根据权利要求1所述，其特征实牙弓丝所选材料的主要成分为镍：43％～55％、铜的成分为3％～10％，同时加入了0.2％～3％的Cr、V、Al、Mn、Mo中的一科元素，余量为钛。

3.  根据权利要求1所述，其特征是时效处理所用设备为盐浴加热炉。

4.  根据权利要求1所述，其特征是时效处理所用设备为真空热处理炉。

5.  根据权利要求1所述，其特征是表面处理工艺采用的是电解抛光工艺，电压为4V～12V，抛光时间为5s～30s。

一种新型铜镍钛牙弓丝的生产制备工艺
技术领域
本发明涉及的是正畸行业一种新型铜镍钛牙弓丝的生产制备工艺。 
技术背景
镍钛合金材料自1963年美国海军军械研究室发现以来，已得到了较全面的发展和应用，但是镍钛合金材料直到1977年美国3M Unitek才正式用于牙齿矫形，由于其独特的超弹性和形状记忆性能在随后的40年左右在医疗器械行业得到了飞速的发展。 
镍钛合金在牙齿正畸行业的应用主要是制作矫形牙弓丝，包括超弹性牙弓丝和热激活牙弓丝。超弹性牙弓丝的特点是在常温下表现出极佳的回弹性，矫治过程中能给牙齿提供持续的作用力，热激活牙弓丝则是在20℃左右很柔软易于变形，但是当牙弓丝加热到人体温度35℃时又会恢复到预成型的形状，表现出形状记忆效应。但是该两款丝在临床应用上有各自的缺陷：一、镍钛合金牙弓丝在矫形过程中形状回复率较低且随着牙齿的移动(如图一牙齿14)牙弓丝提供给牙齿的矫形力逐步衰减，需要医生经常性的换取新牙弓丝以达到矫形的目的。二、对于超弹性牙弓丝，起始加载力值较大，不易安装入托槽，增加了医生的椅旁工作时间，且卸载力值也比较大对牙齿的伤害较大容易复发。三、对于热激活牙丝，操作前需冷却处理使其变得较柔软易于入槽，操作比较繁琐且矫形力较小衰减较快。 
铜镍钛合金是在镍钛合金的基础上加入一定量得铜，但是铜的加入使得合金的相变点高于人体温度，必须同时加入少量的如Cr、V、Al、Mn、Mo等元素降低相变点。该合金正畸牙弓丝兼具了超弹和热激活牙弓丝的优点：一、牙丝较柔软，可以很方便的入槽即加载力值较小(如图二所示)。二、卸载力值相对于加载力值减少的较少，能提供给牙齿一定的持续稳定的力，且应力平台期较长，表明即使在牙齿大范围的移动情况下牙丝仍能提供矫形力，大大减少了换丝频率，缩短了矫治周期。三、铜镍钛牙弓丝有其独特的回弹特性，残余变形量较小。 
发明内容
本发明的目的是解决目前正畸行业不锈钢牙弓丝及镍钛牙弓丝所存在的缺陷和不足，而提供的一种新型铜镍钛牙弓丝的生产制备工艺。 
铜镍钛牙弓丝的生产制备工艺如下： 
(一)、原材料的准备，所选丝材的成分必须控制在镍：43％～55％、铜的成分为3％～10％，同时加入了0.2％～3％的Cr、V、Al、Mn、Mo中的一种元素，余量为钛。否则丝材的机械性能将不易控制，且丝材的抗拉强度控制在1500～1900MPa之间。 
(二)、拉丝，将丝材逐一经过拉丝模具拉至目标尺寸，具体工艺过程是：热拉-校直-去皮-抛光-退火-热拉-冷拉-校直-去皮-抛光。其中最主要的步骤是热拉、去皮和冷拉变形量的控制。热拉温度必须控制在650℃～730℃，去皮的酸的配比为HF∶HNO₃∶H₂O=(0.5～1.5)∶(8～12)∶(15～25)，丝材的冷变形量必须控制在45％±5％，过大或过小都会影响牙丝的后续定型。冷拉后的校直温度必须控制在450℃以内，否则丝材将变得柔软影响后续定型。 
(三)、时效处理，时效温度为480℃～600℃、保温时间为0.5h～3.5h、冷却方式为水冷。具体温度和时间视现场情况做微量调整。 
(四)、表面处理，包括酸洗和抛光，酸洗液的配比为HF∶HNO₃∶H₂O=(1.5～2.5)∶(8～15)∶(10～20)。将粗抛处理后的牙弓丝放于塑料盆内，倒入配制好的酸液，不停的翻动牙弓丝直至表面变的光亮均匀，取出后用清水清洗三遍。 
本发明的优点在于：一、该制备工艺简单、易操作，制备的牙弓丝机械性能稳定重复性高；二，该工艺制备的牙弓丝与传统镍钛牙弓丝相比加载力值显著降低，有利于牙弓丝的入槽；三，具有低的应力滞后性，卸载力值平稳且作用范围较宽，能保证牙齿快速有效的移动；四，独特的回弹特性，能够提供持续的力量，即使在形变很小的情况下亦能提供所需的力值，可降低换丝的频率；五，不易产生永久变形，容易入槽，即使是严重拥挤的病例亦可使用。 
附图说明：
如图1所示为牙齿正畸矫形示意图，12为托槽，用本行业专用的粘结剂将托槽粘接在每一颗牙齿上或者将托槽焊接于带环上再将带环固定在牙齿上，10为本发明所需制备的正畸牙弓丝，牙弓丝固定于托槽槽沟内，由于其形状记忆性和超弹性当其处于35℃的人体温度下时，会提供给错合牙齿14以一定的力，让牙 齿沿着方向16移动直到与其他牙齿排齐为止以达到矫正的目的。 
如图2所示为正畸牙弓丝典型的三点弯曲试验图，其中σ_L为加载力值，σ_u为卸载力值，Δσ为应力滞后，εs为超弹性应变量。这四个力值的大小分别体现了牙弓丝不同的性能。σ_L越大说明弓丝刚度越大，相同的变形量所需的力值越大，所以该值越大牙丝更不易于弯曲入槽，σ_u为矫形过程中施加在牙齿上的力，值越大牙齿14移动越快，但该值不宜过大，需控制在合理的范围之内。Δσ值越小丝材性能越好，矫形效率越高。εs值越大越好，值越大牙弓丝的作用效率越高，矫治过程中只需换取少量的牙弓丝就能将错合牙移动到正常位置，提高了矫正效率缩短了矫正周期。 
具体实施方式
实施例一 
1、材料的准备，成分为Ni49.7％、Cu5.5％、Cr0.2％余量为钛。 
2、拉丝，材料原始丝径为1.2mm，拉至0.41mm，具体工艺为热拉-校直-去皮-抛光-退火-热拉-冷拉-校直-去皮-抛光，其中热拉温度720℃，经四道热拉后校直，校直温度为420℃，去皮的酸配比为HF∶HNO₃∶H₂O=1∶10∶20，退火温度为750℃，再经两道热拉后经一道冷拉，冷拉变形量为44.7％。 
3、时效处理，将箱式电阻炉炉温控仪调制530℃，待温度稳定后将预制成型的牙弓丝放入炉膛内，保温时间调制28min，待警报器鸣响后取出绕有牙弓丝的模具放于清水中冷却。 
4、表面处理，卸模后将牙弓丝放于螺旋抛光机内粗抛10min，取出后清洗去皮，酸的配比为HF∶HNO₃∶H₂O=2∶10∶15，酸洗后用清水冲洗三遍放于精抛机中抛制30min。取出整理整齐，清水清洗后热风干燥。 
实施例二 
本实施方式与实施例一的不同点是所选的材料成分为Ni48.2％、Cu6.5％、Cr0.7％余量为钛。其余步骤及参数与实施例一相同。 
实施例三 
本实施方式与实施例一的不同点是加热方式不同，步骤3中选用的是硝盐浴加热炉。其余步骤和参数与实施例一相同。 
实施例四 
本实施方式与实施例一的不同点是：步骤3中的选用的是真空加热方式，步骤4中省掉了粗抛工序，酸的配比为HF∶HNO₃∶H₂O=1.5∶15∶20，精抛时间为20min。其余步骤与实施例一一致。 
实施例五 
本实施方式与实施例一的不同点是：步骤3中炉温控制在500℃，保温时间为3小时，待警报器鸣响后取出水冷，其余步骤与实施例一一致。 
实施例六 
本实施方式与实施例一的不同点是：步骤4中的表面处理工艺采用的是电解抛光工艺，电压为8V，抛光时间20s，其余步骤与实施例一一致。