阅读说明：本技术 一种钛合金正畸钳及其制备方法 (Titanium alloy orthodontic pliers and preparation method thereof ) 是由 张怀龙 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种钛合金正畸钳及其制备方法,钛合金正畸钳的钛合金材质包含且各元素重量百分比为钛(余量)、铝(1-8％)、钒(4-12％)、钼(1-8％)、锆(1-8％)、铌(1-8％)、镍(2-4％)、铬(1-8％)。本发明的目的在于提供一种重量轻、握持感好,耐蚀性好,强度高,且钳口寿命长的钛合金正畸钳及其制备方法。选用钛合金材质,通过金属粉末注射成形直接制备出最终形状的钳体,采用机加工结合EDM后加工方法加工出可实现特定功能的钳口,并采用适当的氮化处理工艺,提高钳口硬度。此制备方法可大幅减少原材料的消耗和加工成本,生产效率高,外观质量优异,经济可行性强,附加值高。最终制品材料相对密度大于97％,钳口硬度高于700HV1,钳口使用寿命高于50000次,使用性能大幅领先同类市场产品。(The invention discloses titanium alloy orthodontic pliers and a preparation method thereof, wherein a titanium alloy material of the titanium alloy orthodontic pliers comprises the following elements of titanium (the balance), aluminum (1-8%), vanadium (4-12%), molybdenum (1-8%), zirconium (1-8%), niobium (1-8%), nickel (2-4%) and chromium (1-8%) in percentage by weight. The invention aims to provide titanium alloy orthodontic pliers with light weight, good holding feeling, good corrosion resistance, high strength and long jaw life and a preparation method thereof. Titanium alloy material is selected, the pliers body with the final shape is directly prepared through metal powder injection molding, the pliers mouth capable of realizing the specific function is machined through a machining and EDM combined post-machining method, and the hardness of the pliers mouth is improved through a proper nitriding treatment process. The preparation method can greatly reduce the consumption of raw materials and the processing cost, and has the advantages of high production efficiency, excellent appearance quality, strong economic feasibility and high added value. The relative density of the final product material is more than 97%, the hardness of the jaw is higher than 700HV1, the service life of the jaw is higher than 50000 times, and the service performance of the jaw is greatly ahead of similar market products.)

一种钛合金正畸钳及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金金属注射成形领域，特别涉及一种钛合金正畸钳及其制备方法。

背景技术

正畸钳是用于牙齿矫正口腔正畸操作的器械，其作用多种多样，多用于对正畸弓丝进行切断或夹持牵引操作。口腔正畸钳一般由钳体和钳喙两部分组成，钳体根据杠杆原理进行设计，操作时用手握持；钳喙处设置刃口，用于剪断或夹持正畸弓丝。目前用于制备口腔正畸钳钳体的主要材质是马氏体不锈钢，马氏体不锈钢具有高强度，高硬度，可承受较大的握持力以对金属正畸弓丝进行操作，但其耐蚀性受限于碳含量和金相组织，在高温蒸汽消毒过程中容易腐蚀。其钳口通常采用焊接或激光熔覆的方法连接硬质合金或高硬度马氏体不锈钢。硬质合金钳口硬度高，但焊接性能差，容易脱落；耐蚀性差，容易发黑；韧性差，容易崩口。激光熔覆马氏体不锈钢，钳口材质与钳体材质一致，耐蚀性差，钳口寿命短，在使用过程中容易腐蚀，且腐蚀后钳喙处刃口会急速缩短，影响使用。

CN201911149573.X采用了增加PVD涂层的方法对钳喙处刃口进行表面改进处理，但不能从根本上解决钳喙基体材质耐蚀性差，PVD涂层在使用时受力容易脱落的问题。耐蚀性好，钳喙寿命长的正畸钳市场需求强烈。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种钛合金正畸钳及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明提供一种钛合金正畸钳，包含且各元素重量百分比为钛(余量)、铝(1-8％)、钒(4-12％)、钼(1-8％)、锆(1-8％)、铌(1-8％)、镍(2-4％)、铬(1-8％)；

本发明的另一目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种钛合金正畸钳的制备方法，包括以下步骤：

a、原料选用两种不同形貌和粒度分布的钛合金和粉按一定比例混合均匀；其中一种为-200目球形母合金钛合金粉末，另一种为-400目的氢化脱氢钛粉末，两者混合比例为1:1—1：4；

b、将混合均匀的合金粉末并添加一定比例的粘结剂在120-180℃混炼制得喂料，其中粘结剂的质量比例为4-8％；

c、将喂料在一定温度和压力条件下，用注塑机填充所需形状的正畸钳模具型腔中成形出注射生坯；

d、再在一定的温度和气氛条件下，将粘结剂采用加热分解的方法脱除，并继续升温至1300℃-1400℃并保持120-240min进行致密化制得所需形状的正畸钳坯体。烧结气氛选用真空气氛，真空度保证在10-2Pa以下。

e、通过打磨抛光手段对钳体外观进行处理，再通过NC结合EDM等机加工手段在烧结正畸钳坯体上加工成形出所需功能的钳口；

f、对钳口进行激光氮化处理，得到具有一定深度的高硬度氮化层，以满足强度和硬度等使用要求。

作为本发明的一种优选技术方案，其中步骤b中的有机物粘结剂选自PEG，PW，巴西蜡、聚乙烯蜡、聚乙烯、聚丙烯、EVA、PMMA、SA等高分子有机物或聚合物其中的数种。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、正畸钳整体采用钛合金材质，材质密度低，重量大幅减轻，握持感好；

2、采用金属注射成形工艺，原材料利用率高，产品尺寸精度高，后续机加工和EDM放电加工量少，可大幅提高生产效率；

3、原料采用球形母合金钛合金粉末和氢化脱氢纯钛粉末混合而成，可大幅降低材料成本，且保证制得喂料的流动性和保形性；

4、采用激光氮化工艺处理的钳口硬度不低于1400HV1，钛合金的基体材质提供优异耐蚀性，可保证不低于50000次的使用寿命。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的正畸钳坯示意图；

图2是本发明的正畸钳示意图；

图3是本发明的正畸钳口示意图

图4是本发明的正畸钳口放大结构示意图(阴影面为激光氮化层)。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明中钛合金正畸钳所选用的钛合金材质成分为：钛(余量)、铝(3％)、钒(8％)、钼(4％)、锆(4％)、铌(1％)、镍(2％)、铬(6％)。选用-200目的气雾化球形钛合金母合金粉末，成分为钛(余量)、铝(9％)、钒(24％)、钼(12％)、锆(12％)、铌(3％)、镍(6％)、铬(18％)；另选用-400目的氢化脱氢纯钛粉末；两者按重量比1:2，采用双锥混合机混合均匀；混合制得的粉末与粘结剂进行混炼制得喂料，粘结剂成分为重量比石蜡32％，棕榈蜡8％，聚乙烯蜡15％，聚乙烯22％，聚丙烯15％，EVA6％，硬脂酸2％，粉末与粘结剂的重量比为92.1％：7.9％。喂料在160℃温度条件下采用注塑机和设计好所需正畸钳坯的模具成形，成形后进入烧结炉在1300℃条件下，在低于10-2Pa的真空气氛条件下保温180min进行烧结制得正畸钳坯。对烧结后的正畸钳坯进行表面打磨，满足外观和握持手感要求。然后采用线切割和数控加工对钳坯口部进行加工，加工出所需功能的钳口结构。采用IPG高功率光纤激光器，氮气纯度为99.999％条件下对钳口区域进行激光氮化处理，选用功率为1.4kw，激光波长为1064nm，所得到的氮化层厚度为530um，钳口硬度为1300HV。

实施例二

所选用的钛合金材质成分为：钛(余量)、铝(5％)、钒(5％)、钼(5％)、铌(2％)、镍(1％)、铬(3％)。选用-200目的气雾化球形钛合金母合金粉末，成分为钛(余量)、铝(15％)、钒(15％)、钼(15％)、铌(6％)、镍(3％)、铬(9％)；另选用-400目的氢化脱氢纯钛粉末；两者按重量比1:2，采用双锥混合机混合均匀；混合制得的粉末与粘结剂进行混炼制得喂料，粘结剂成分为重量比石蜡40％，棕榈蜡10％，聚乙烯蜡5％，聚乙烯10％，聚丙烯25％，EVA8％，硬脂酸2％，粉末与粘结剂的重量比为92.3％：7.7％。喂料在160℃温度条件下采用注塑机和设计好所需正畸钳坯的模具成形，成形后进入烧结炉在1350℃条件下，在10kPa压力氩气气氛条件下保温180min进行烧结制得正畸钳坯。对烧结后的正畸钳坯进行表面打磨，满足外观和握持手感要求。然后采用线切割和数控加工对钳坯口部进行加工，加工出所需功能的钳口结构。采用IPG高功率光纤激光器，氮气纯度为99.999％条件下对钳口区域进行激光氮化处理，选用功率为2.0kw，激光波长为1064nm，所得到的氮化层厚度为870um，钳口硬度为900HV。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。