[发明专利]钛合金与超高分子量聚乙烯的连接方法和接头及其应用

说明书

本发明公开了一种钛合金与超高分子量聚乙烯的连接方法，该连接方法包括：使钛合金与超高分子量聚乙烯接触，通过旋转工具下压钛合金表面，使得旋转工具与钛合金表面之间产生热量，生成的热量通过钛合金传导至钛合金与超高分子量聚乙烯的界面，在旋转工具的压力和热量的作用下，钛合金与超高分子量聚乙烯连接。本发明还提供了一种上述连接方法获得的钛合金与超高分子量聚乙烯的连接接头以及该连接接头在生物医学中的应用。本发明的钛合金与超高分子量聚乙烯的连接方法实施简便、有效可靠、能够满足不同厚度的构件。

技术领域

本发明涉及一种钛合金与超高分子量聚乙烯的连接方法，以及由该方法得到的钛合金与超高分子量聚乙烯的连接接头。

背景技术

在金属材料与塑料材料的连接中，常见的方式有机械连接、粘合剂粘接和焊接。

机械连接的强度虽然很高，但有着一定应用场景的限制，比如密封性不好。同时也需要对接头进行特殊的结构设计或使用铆钉，生产成本较高。

粘合剂粘接的方法对使用的环境温度有较高的要求，且对于表面张力较低的塑料无法获得很好的强度。

焊接的方法主要是通过使接头界面处的塑料熔融并施以一定的压力形成连接。目前主要通过激光焊接、超声波焊接、感应加热焊接、搅拌摩擦焊接，等等。激光焊接会在界面处产生气泡，影响接头的强度；超声波焊接无法对厚度厚的构件进行连接；感应加热焊接在接头形状与尺寸上有着限制；搅拌摩擦焊接的方法可以解决以上问题。

公布号为CN103391828A的中国专利公开了一种金属构件与塑料构件的接合方法，涉及到搅拌摩擦焊接的方法，该方法限制了旋转工具的轴线相对于金属构件表面法线的倾斜角θ满足0°<θ≤5°，并限制了旋转工具的顶端面的直径D和金属构件的厚度t满足5t≤D≤20t的条件，因而存在一定的局限性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的、实施难度降低的、有效的、满足不同厚度构件的钛合金与超高分子量聚乙烯的连接方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种钛合金与超高分子量聚乙烯(分子量150万以上)的连接方法，该方法包括：

使钛合金与超高分子量聚乙烯接触，通过旋转工具下压钛合金表面，使得旋转工具与钛合金表面之间产生热量，生成的热量通过钛合金传导至钛合金与超高分子量聚乙烯的界面，在旋转工具的压力和热量的作用下，钛合金与超高分子量聚乙烯连接。

进一步地，旋转工具下压时，旋转工具的轴线相对于钛合金表面的法线的倾斜角被设置为大于或等于0°。

进一步地，旋转工具与钛合金表面之间产生的热量来源于旋转工具与钛合金的摩擦生热和旋转工具与钛合金相互作用带来的钛合金塑性变形的生热。

更进一步地，旋转工具与钛合金表面之间产生的热量能够通过钛合金的传导使得钛合金与超高分子量聚乙烯的界面处的温度高于或等于超高分子量聚乙烯的熔融温度，从而使得钛合金与超高分子量聚乙烯的界面处的超高分子量聚乙烯处于流动状态。

更进一步地，旋转工具与钛合金表面之间产生的热量能够通过钛合金的传导使得钛合金与超高分子量聚乙烯的界面处的温度低于钛合金的熔点。

进一步地，旋转工具与钛合金表面之间产生的热量的大小通过调整旋转工具的转速、停留时间、下压量、线焊时的走速等工艺参数实现。

进一步地，在钛合金与超高分子量聚乙烯接触之前，对钛合金的一侧进行表面处理，使得钛合金的一侧具有粗糙表面，然后使钛合金的粗糙表面和超高分子量聚乙烯接触。

更进一步地，通过三维打印技术使得钛合金的一侧具有粗糙表面。

进一步地，通过三维打印技术使得钛合金的三维打印表面的多孔孔径为50μm～3mm。