[發明專利]鈦合金與超高分子量聚乙烯的連接方法和接頭及其應用

有效

• 申請號: 201610102636.6
• 申請日: 2016-02-25
• 公開（公告）號: CN105619779B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 陳科;陳濱熹;單愛黨;張善勇;楊馳;鄭吉駟;沈佩
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院
• 主分類號: B29C65/06
• 分類號: B29C65/06;A61F2/30
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種鈦合金與超高分子量聚乙烯的連接方法，該連接方法包括：使鈦合金與超高分子量聚乙烯接觸，通過旋轉工具下壓鈦合金表面，使得旋轉工具與鈦合金表面之間產生熱量，生成的熱量通過鈦合金傳導至鈦合金與超高分子量聚乙烯的界面，在旋轉工具的壓力和熱量的作用下，鈦合金與超高分子量聚乙烯連接。本發明還提供了一種上述連接方法獲得的鈦合金與超高分子量聚乙烯的連接接頭以及該連接接頭在生物醫學中的應用。本發明的鈦合金與超高分子量聚乙烯的連接方法實施簡便、有效可靠、能夠滿足不同厚度的構件。

技術領域

本發明涉及一種鈦合金與超高分子量聚乙烯的連接方法，以及由該方法得到的鈦合金與超高分子量聚乙烯的連接接頭。

背景技術

在金屬材料與塑料材料的連接中，常見的方式有機械連接、粘合劑粘接和焊接。

機械連接的強度雖然很高，但有著一定應用場景的限制，比如密封性不好。同時也需要對接頭進行特殊的結構設計或使用鉚釘，生產成本較高。

粘合劑粘接的方法對使用的環境溫度有較高的要求，且對于表面張力較低的塑料無法獲得很好的強度。

焊接的方法主要是通過使接頭界面處的塑料熔融并施以一定的壓力形成連接。目前主要通過激光焊接、超聲波焊接、感應加熱焊接、攪拌摩擦焊接，等等。激光焊接會在界面處產生氣泡，影響接頭的強度；超聲波焊接無法對厚度厚的構件進行連接；感應加熱焊接在接頭形狀與尺寸上有著限制；攪拌摩擦焊接的方法可以解決以上問題。

公布號為CN103391828A的中國專利公開了一種金屬構件與塑料構件的接合方法，涉及到攪拌摩擦焊接的方法，該方法限制了旋轉工具的軸線相對于金屬構件表面法線的傾斜角θ滿足0°<θ≤5°，并限制了旋轉工具的頂端面的直徑D和金屬構件的厚度t滿足5t≤D≤20t的條件，因而存在一定的局限性。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種改進的、實施難度降低的、有效的、滿足不同厚度構件的鈦合金與超高分子量聚乙烯的連接方法。

為實現上述目的，本發明提供了一種鈦合金與超高分子量聚乙烯(分子量150萬以上)的連接方法，該方法包括：

使鈦合金與超高分子量聚乙烯接觸，通過旋轉工具下壓鈦合金表面，使得旋轉工具與鈦合金表面之間產生熱量，生成的熱量通過鈦合金傳導至鈦合金與超高分子量聚乙烯的界面，在旋轉工具的壓力和熱量的作用下，鈦合金與超高分子量聚乙烯連接。

進一步地，旋轉工具下壓時，旋轉工具的軸線相對于鈦合金表面的法線的傾斜角被設置為大于或等于0°。

進一步地，旋轉工具與鈦合金表面之間產生的熱量來源于旋轉工具與鈦合金的摩擦生熱和旋轉工具與鈦合金相互作用帶來的鈦合金塑性變形的生熱。

更進一步地，旋轉工具與鈦合金表面之間產生的熱量能夠通過鈦合金的傳導使得鈦合金與超高分子量聚乙烯的界面處的溫度高于或等于超高分子量聚乙烯的熔融溫度，從而使得鈦合金與超高分子量聚乙烯的界面處的超高分子量聚乙烯處于流動狀態。

更進一步地，旋轉工具與鈦合金表面之間產生的熱量能夠通過鈦合金的傳導使得鈦合金與超高分子量聚乙烯的界面處的溫度低于鈦合金的熔點。

進一步地，旋轉工具與鈦合金表面之間產生的熱量的大小通過調整旋轉工具的轉速、停留時間、下壓量、線焊時的走速等工藝參數實現。

進一步地，在鈦合金與超高分子量聚乙烯接觸之前，對鈦合金的一側進行表面處理，使得鈦合金的一側具有粗糙表面，然后使鈦合金的粗糙表面和超高分子量聚乙烯接觸。

更進一步地，通過三維打印技術使得鈦合金的一側具有粗糙表面。

進一步地，通過三維打印技術使得鈦合金的三維打印表面的多孔孔徑為50μm～3mm。