惠州市鹏城瑞科技有限公司

镍钛合金丝因其独特的形状记忆效应、超弹性及生物相容性，广泛应用于医疗（如正畸丝）、航空航天、精密仪器等领域。其成型工艺需兼顾材料性能与尺寸精度，以下是核心生产流程及关键技术细节：  

一、原料准备与熔炼  

1. 原料配比与纯度  

   主料：高纯度镍（Ni≥99.9%）和钛（Ti≥99.5%），按原子比Ni:Ti≈55:45配料，杂质（C、O、N等）总量≤0.05%，避免影响丝材延展性。  

   辅料：根据需求添加微量元素（如Fe改善耐蚀性），需通过真空感应熔炼（VIM）或电子束熔炼（EBM）确保成分均匀。  

2. 熔炼工艺  

   在真空度≤10⁻³ Pa或惰性气体（Ar）保护下，将原料加热至1500~1700℃熔融，通过电磁搅拌消除偏析，浇铸为直径50~150 mm的铸锭，冷却后需切除冒口和缩孔。  

二、铸锭预处理与开坯  

1. 均匀化退火  

   目的：消除铸锭枝晶偏析，细化晶粒。工艺：900~1050℃保温10~20小时，随炉冷却，确保后续加工时塑性均匀。  

2. 表面处理与坯料制备  

   机械打磨或酸洗（HF+HNO₃混合液）去除氧化皮，将铸锭切割成直径10~30 mm的圆棒坯料，用于后续热加工。  

三、热加工成型（开坯阶段）  

1. 热锻或热轧  

   热锻：适用于大直径坯料（>10 mm），在750~950℃下通过锻锤或轧机将坯料加工至直径5~10 mm，单次变形量≤30%，避免温度过低导致开裂。  

   热轧：用于中等直径丝材（3~8 mm），采用多辊热轧机，温度控制在800~900℃，轧制速度1~5 m/min，需配合石墨润滑减少表面划伤。  

2. 热拉拔（可选）  

   对直径≤5 mm的坯料，可采用热拉拔工艺：坯料加热至600~800℃，通过硬质合金模具拉拔至2~5 mm，拉拔速度0.5~2 m/s，减少冷加工变形量。  

四、冷拉拔成型（精密加工阶段）  

1. 冷拉拔工艺原理  

   通过模具对丝材施加拉力，使其直径减小、长度增加，同时提高强度和表面光洁度。设备为链式拉拔机或旋转式拉拔机，模具材质为硬质合金或金刚石（用于超细丝，直径<0.1 mm）。  

2. 关键工艺参数  

   道次变形量：单次冷拉拔变形量≤15%（避免加工硬化过度导致断裂），需多次拉拔，中间穿插退火软化。例如，从5 mm拉拔至0.5 mm，可能需要10~15道次。  

   润滑体系：采用石灰乳、动物油脂或专用金属润滑剂，降低摩擦系数（μ≤0.1），防止丝材表面擦伤。  

   拉拔速度：常规丝材（直径>0.5 mm）速度5~20 m/min；超细丝（直径<0.1 mm）速度≤1 m/min，避免高速摩擦生热导致性能波动。  

3. 定径与矫直  

   拉拔至目标直径后，通过精密定径模具（公差±0.005 mm）和机械矫直装置，确保丝材直线度（≤0.3 mm/m）和圆度（误差≤0.01 mm）。  

五、热处理优化性能  

1. 中间退火（冷加工过程中）  

   目的：消除加工硬化，恢复塑性。工艺：350~450℃保温0.5~1小时，空冷或水冷，使丝材硬度从HV 400降至HV 200以下，便于后续拉拔。  

2. 最终时效处理（关键工序）  

   目的：激活形状记忆效应或超弹性，调整相变温度。  

   工艺参数：  

     温度：400~550℃（如医用正畸丝常用480~520℃），保温时间0.5~2小时，冷却方式影响相变温度（水冷可提高Af点）；  

     示例：医用丝材需将Af点控制在37℃左右，确保人体温度下快速恢复形状，超弹性应变需≥8%。  

3. 退火类型选择  

   去应力退火：300~350℃保温0.5小时，消除残余应力，适用于对弹性要求高的场景（如弹簧）；  

   再结晶退火：500~600℃保温1小时，细化晶粒，提高延伸率至20%以上。  

六、表面处理与清洗  

1. 去除氧化皮  

   化学酸洗：使用5%~10% HF + 30%~50% HNO₃混合液，室温浸泡3~5分钟，去除表面TiO₂氧化层，随后用去离子水冲洗；  

   电解抛光：在磷酸-硫酸电解液中，通过电化学作用使表面光洁度达到Ra≤0.1 μm（医用级要求），减少生物植入时的组织刺激。  

2. 表面净化  

   超声波清洗：用乙醇或丙酮去除润滑剂残留，医用丝材需额外进行灭菌处理（如γ射线辐照），确保生物相容性。  

七、质量检测与性能验证  

1. 尺寸与外观检测  

   直径：采用激光测径仪（精度±0.001 mm），椭圆度≤0.005 mm；  

   表面：显微镜观察（50~100倍），不允许有裂纹、毛刺、氧化斑等缺陷。  

2. 力学性能测试  

   拉伸试验：测定抗拉强度（≥1000 MPa）、延伸率（≥15%）、超弹性循环稳定性（1000次循环后应变衰减≤5%）；  

   弯曲试验：测试抗疲劳性能（如正畸丝需通过10⁶次弯曲循环无断裂）。  

3. 形状记忆效应检测  

   DSC（差示扫描量热法）测定Af、As温度，要求医用丝材Af≤37℃；  

   记忆恢复率测试：将丝材弯曲变形后加热至Af+10℃，恢复率需≥95%。  

4. 金相分析  

   显微组织：晶粒尺寸均匀（≤15 μm），无孪晶或粗大晶粒；  

   相成分：XRD检测马氏体相比例，确保时效后奥氏体相占主导（医用场景）。  

镍钛合金丝的成型工艺以“热加工开坯+冷拉拔精密成型+时效性能调控”为核心，需通过精确控制变形量、温度和表面处理，平衡材料的强度、弹性与功能特性。随着医疗微创技术和智能器械的发展，其工艺正向超细径、高均匀性方向升级，例如引入电纺丝技术制备纳米级镍钛纤维，拓展在生物支架领域的应用。