高强度线的制作方法

高强度线1.相关申请的交叉引用2.本技术要求在2020年8月3日提交的且题为“高强度线”的美国临时专利申请号63/060,417的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域：
：3.本发明涉及高强度线合金。
背景技术：
：：4.在过去的半个世纪中，高强度细线被广泛应用于各种应用，从旋翼机扭转张力带层压板到血管介入装置。通常，这些线的直径小于150μm，并且极限强度直到约3至3.4gpa。5.轮胎帘线行业提供了更高强度的例子，但没有医疗设备所需的耐腐蚀性。例如，在批量生产100-200μm中等合金、重冷加工钢丝时，可达到直到5.5gpa的强度水平。一种特定的已知合金是0.96％c-0.2％si-0.3％mn-0.2％cr(余量fe)，其被加工成直径为40μm，实现了5.7gpa的极限抗拉强度。其他已知的合金由具有铁素体、贝氏体和/或细珠光体成分的重拉拔低碳钢制成，所述成分在约0.9％氯化钠中具有相对于饱和钙(calumel)标准的约-600至-400mv的负腐蚀休止电位，并且必须保护其免受甚至轻度盐水腐蚀环境的影响。虽然这些材料表现出高强度，但医疗应用需要具有远超耐腐蚀性的材料。6.需要的是对前述的改进。技术实现要素：7.本公开提供了由钨铼和钼铼制成的线，这些线已经进行了新颖的加工以产生深冷加工、平滑抛光的细线。结果是一种非常强的纤维，其强度比任何已知的多晶金属都高的多，并且比迄今为止开发的超高强度钢纤维具有远为更大的耐腐蚀性。8.在其一种形式中，本公开提供了一种高强度线缆结构，其包括由钨铼或钼铼合金中的一种形成的多个拉拔合金丝，其中，线缆结构表现出强度达到4800n/mm2，强度使用实心截面丝面积作为面积和线缆的断裂载荷来计算。附图说明9.本发明的上述和其他特征和优点以及实现它们的方式将通过参考以下结合附图对本发明实施例的描述而变得更加明显并且本发明本身将更好地理解，其中：10.图1(a)示出了成形的71μmmo47re线，其拉拔至5.1gpa的极限强度水平，并盘绕至0.65mm的外径，根据右下方所示的0.25mm标度按比例拉拔；11.图1(b)示出了成形的细拉拔25μmmo41re线，其拉拔至5.6gpa的极限强度水平，打结使得表面应变超过30％，根据右下角所示的50μm标度按比例拉拔；12.图1(c)示出了与图1(b)中所示线相同的成形线，其自盘绕至表面应变超过40％，根据右下角所示的50μm标度按比例拉拔；13.图1(d)示出了成形的细拉拔25μmw26re线，其拉拔至4.7gpa的极限强度水平，盘绕至0.18mm的外径，根据右下角所示的50μm标度按比例拉拔；14.图2是示出室温(22±3℃)单调轴向拉伸破坏试验的应力-应变图，其中x轴示出为应力(gpa)，并且y轴示出为圆线的工程应变(原始127mm标距长度的％)，包括(a)mo41re；(b)mo41re；(b)w26re，和；(c)mo47re；15.图3是示出室温(22±3℃)单调轴向拉伸破坏试验的应力-应变图，其中x轴示出为应力(gpa)，并且y轴示出为圆线的工程应变(原始标距长度的％)，包括(a)mo41re；(b)w26re，和；(c)高强度拉拔纯钨；16.图4是一对线缆的透视图，该线缆采用7x7结构，具有50μm丝，以形成0.450mm外径的线缆结构，带有型锻配件，根据右下方的2mm标度在焦平面中按比例显示；17.图5是使用25.4μmmo41re线的绞合线的正视图，该线被拉拔至5.6gpa的极限强度水平，并且然后被绞合成外径为76μm的1x7绞合线结构，按照右下方所示的100μm标度按比例拉拔；18.图6是线缆组件的截面正视图；19.图7是图6中所示的线缆组件的截面透视图；20.图8a是图6的线缆组件中芯和第一层绞合线元件的截面正视图；21.图8b是图6的线缆组件中芯以及第一层和第二层绞合线元件的截面正视图；22.图8c是图6的线缆组件中芯以及第一层、第二层和第三层绞合线元件的截面正视图；23.图9a是根据本公开制造的单片线的截面透视图；24.图9b是根据本公开制造的复合线的截面透视图；25.图10a是示出了使用润滑拉拔模具形成单片线的示例性过程的示意图；26.图10b是示出了使用润滑拉拔模具形成复合线的示例性过程的示意图；27.图10c是根据本公开的线在最终冷加工过程之前的正视图；28.图10d是图10c中线在最终冷加工过程之后的正视图。具体实施方式29.对于强度水平大于3gpa以及甚至5gpa的具有适当高延展性和耐腐蚀性的超高强度和高刚度线材料，存在性能驱动需求。这种需求出现在诸如用于外科机器人、内窥镜致动、击发、释放和关节的高强度线缆组件、诸如轮胎帘线和旋翼机扭转张力带的高强度加固应用，并且甚至高强度医疗器械子部件的应用中。这些应用倾向于共享一些性能需求，这些性能需求转化为性能要求，诸如高极限强度、柔韧性、良好的延展性和成形特性、光泽的表面光洁度和/或抗循环机械疲劳的良好耐久性。许多系统利用滑轮、护套或其他引导表面来引导由这种线缆提供的工作。这些系统中的微型线缆必须承受由滑轮和引导表面引入的拉伸应力、弯曲应力和磨损。30.如下面详细描述的，根据本公开的钨-铼和钼-铼线和线缆在单丝和多丝线结构中实现了大于5至6gpa、并且甚至6.9gpa(100万磅/平方英寸)的超高极限强度水平。在示例性实施例中，线成分包含26wt.％的铼，余量为钨和不可避免的杂质(“w26re”)；41wt.％的铼，余量为钼和不可避免的杂质(“mo41re”)；以及47.5wt.％的铼，余量为钼和不可避免的杂质(“mo47re”)。一般来说，w-re和mo-re合金的铼含量可以从低至20、25或30wt.％至高达35、40、45或50wt.％，或者可以是由任何前述值限定的任何范围内的任何铼含量，合金的余量是钨或钼以及不可避免的杂质。这样的线被配制和加工以实现低至4800n/mm2或5500n/mm2，以及高达6200n/mm2的强度，或由任何前述值限定的任何强度范围。31.如下文进一步详细描述的，单丝、单片线103(图9a)的特征在于外径d2s的范围从低至7μm(0.00028英寸)、10μm、12μm、20μm或25μm，以及高达30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm或100μm(0.00394英寸)，或上述任何值定义的任何范围内的任何直径范围。尽管超高强度水平，线103在弯曲时仍表现出高达40％的表面应变的塑性成形能力，而没有明显的表面破裂或微裂纹。32.目前的材料提供最佳的强度特性、表观韧性和延展性特征，连同优异的表面硬度，因此适用于无数应用的子部件。此应用包括机器人、外科机器人和其他高性能运动或力控制硬件，如下文所述，其中高保真力传输与极端耐久性要求相结合。33.此外，本文描述和示出的mo-re和w-re系统具有比其高强度钢对应物高+400至+600mv的腐蚀休止电位。在这种腐蚀性能可保持在如本文所述的高应力冷加工线状态下程度上，这种纤维可用于各种附加应用，诸如高性能轮胎增强和旋翼机张力扭转带。34.1.术语35.如本文所用，“线”或“线产品”包括连续的线和线产品，所述线和线产品可以连续生产并缠绕在卷轴上以供以后分配和使用，诸如具有圆形截面的线和具有非圆形截面的线，包括扁平线或带。“线”或“线产品”还涵盖其他基于线的产品，如绞合线、线缆、线圈和管材，所述产品可以根据特定的应用以特定的长度生产。尽管在本技术的附图中示出了圆形截面线形式，并在下文中进一步描述，但也可以根据本公开制造非圆形线形式。示例性的非圆形形式包括多边形截面形状，诸如矩形截面形状。[0036]“细线”指外径小于1mm的线。“超细线”指的是外径为50μm或小于50μm的线。[0037]“单片”是指由一块材料形成的线或其他结构。[0038]是美国印第安纳州韦恩堡市韦恩堡金属研究产品公司(fortwaynemetalsresearchproductscorp.offortwayne，in)的注册商标，并且是指双金属或多金属复合线产品，包括两个或更多个同心的金属或合金层，通常有设置在芯丝上的至少一个外层或壳体，并通过在实心线芯元件上拉拔一个管或多个管层而形成。[0039]“杂质”、“附带杂质”和“微量杂质”是指材料中存在低于百万分之500或0.05wt.％的材料成分。“不含”或“排除”某种成分的合金是指该成分含量等于或低于百万分之500杂质阈值的合金。[0040]“医疗级”材料是适合在人体内使用的材料。“医疗级”材料特别排除某些不适合用于人体或与人体上的医疗程序相关的材料。例如，非医疗级材料是不适合与组织和/或血液接触的材料，包括不能通过至少一小时这种接触的细胞毒性测试的材料。非医疗级材料包括重金属，包括铅和镉，诸如铍和铍铜的材料，以及通常认为对人体有毒或以其他方式对人体组织有害的任何其他材料。[0041]“od”是指金属线或其他结构的外径。[0042]2.示例性线结构和材料[0043]钨-26wt.％铼(w26re)、钼-41wt.％铼(mo41re)和钼-47.5wt.％铼(mo47re)合金的直径范围为1.0至6.0mm。通过常规的热加工、温加工以及进行冷加工抛光，在惰性氩气气氛中或在还原条件下(纯氢气)在1400至2000k范围内通过不同的中间退火，所有材料被加工成中间线结构。[0044]使用金刚石工具对中间线结构进行冷拉，其中单个模具的缩减率为8至25面积％，到最终直径d2s的范围为7至100μm，在最终退火后保留冷加工超过90％。[0045]下面给出了可结合本材料使用的冷加工、线拉拔、退火和其他线加工方法的附加描述。更多信息可在2019年4月11日提交的且题为“用于神经电极刺激和记录的高密度和生物稳定微电极阵列的线(wireforahighdensityandbiostablemicroelectrodearrayforneuralelectrodestimulationandrecording)”的美国专利申请公开号wo2019/200046中找到，其全部公开内容通过引用明确并入本文。[0046]表面塑性流动、可锻性和延展性的评估可以通过手工进行，诸如通过绕心轴盘绕线103(图1(a)、1(c)和1(d))或结制造(图1(b))。可使用instron双螺杆测试仪进行拉伸测试，取决于线尺寸和强度水平，该测试仪配备有10至1000n测力元件，并使用平面气动夹具和细金刚砂，以避免夹具滑动。对于本文报告的强度数据，基于十字头位移计算了100μm以下线的单调轴向拉伸应变。所有线103最初都制造有明亮的表面光洁度(图1)或光滑的氧化物光洁度，在过度应力时，该光洁度可能会显示瑕疵、裂纹或其他缺陷。[0047]图1示出了本文所述的各种成分的成形线，尽管加工到超过4.7gpa的极限强度水平，但其表现出高表面塑性，并且无明显表面裂纹。在图1(a)中，拉拔至5.1gpa极限强度水平且外径为71μm的mo47re线103被示出为盘绕至0.65mm的总线圈直径。如图1(a)的照片中所示的线的光泽和低缺陷外观表明，线103没有因盘绕施加的高应力而出现可辨别的裂纹或可见的退化。[0048]在图1(b)中，拉拔至5.6gpa的极限强度水平且外径为25μm的mo41re线103被示出为打结至超过30％的表面应变。再次，图1(b)的照片中所示的线的光泽和低缺陷外观表明，由于打结施加的高应力，线103没有可辨别的裂纹或可见的退化。在图1(c)中，同样的25μmmo41re线被示出为自盘绕至超过40％的表面应变，同样没有明显的裂纹或退化。[0049]在图1(d)中，拉拔至4.7gpa的极限强度水平且外径为25μm的成形细拉拔的w26re线103被示出为盘绕至0.18mm的外径，而不会失去表面光泽或有裂纹。[0050]如下面进一步讨论的，图1中的线都表现出达到或超过4.5gpa的超高强度。一些材料所表现出的强度超过5gpa。然而，没有材料在盘绕或打结时表现出表面裂纹或退化。因此，即使是最高强度(》5gpa)的材料也能令人惊讶地保持可成形而不断裂，能够围绕与线103直径相似的心轴盘绕，或以简单的反手结拉紧至30-50％的表面塑性应变，而没有明显的表面断裂。例如，图1(b)示出了在高达400倍的光学放大率下对线圈内表面的检查。图1(b)示出了没有明显的微裂纹或裂纹构造，并且在应变之前保持了线的原始表面光泽。[0051]图1中所示和本文中所述的线还与其他常见医疗器械和其他高性能材料(包括18-8不锈钢、cocr、conicrmo、镍钛合金、钨和钨合金)进行了实验室台架比较。如本文所述，这些比较表明，根据本公开制造的超高强度(uhs)线103可以容易地成形为单丝和多丝线结构，包括线圈、线缆、绳和利用多根线的其他成形的子部件，同时强度几乎没有或没有降低。对于给定的几何结构，由本uhs线生产的子部件因此可以提供比超高强度不锈钢(3.1gpa)或甚至高强度钨(4.1gpa)高近200％的强度。[0052]转到图2，曲线(a)处示出了25μm直径mo41re圆线的室温工程应力应变响应，曲线(b)处示出了类似加工的w26re圆线，曲线(c)示出了mo47re圆线。如所示，在90％以上的冷加工下，所有样品均保持延性屈服，均匀伸长率超过2.5％，并且强度水平超过4.5gpa。25μm直径mo41re的抗拉强度和断裂伸长率分别在5.66gpa和3％工程应变下最大，断裂比功能约为120mj/mm3，5.00gpa的屈服强度为0.2％，并且测得的杨氏弹性模量为370gpa。[0053]图3示出了用作对照的判定高强度温拉拔100μm钨丝与根据本公开制造的两个线之间的拉伸性能比较。判定线在曲线(c)处示出。根据本公开制造的第一线是冷拉拔100μmmo41re线，在曲线(b)处示出。根据本公开制造的第二线冷拉拔7μmmo41re线，在曲线(a)处示出。[0054]比较100μm样品，在室温下，uhsmo-re线拉伸试验中断裂的轴向比功能从87mj/mm^3增加到129mj/mm^3(曲线(b))，与拉拔钨(曲线(c))相比，断裂能提高了40％以上。同时，线的曲线(a)提供了6.9gpa(大于100万磅每平方英寸)下极限抗拉强度的最佳示例，其中0.2％屈服强度为6.2gpa，测得的杨氏弹性模量为371gpa，断裂工程应变为2.3％，并且断裂比功能为99.6mj/mm3。[0055]此外，根据本公开制造的w-re和mo-re材料表现出优异的疲劳强度。为了评估疲劳耐久性，将线103置于交变应力载荷下，无论是在张力-张力、弯曲载荷还是组合张力-弯曲载荷下，以限定在最大线表面位置处计算的给定峰值载荷应力。疲劳在-100至100℃的干燥环境实验室空气中进行。重复交变载荷，并计算循环次数。[0056]在至少1000n/mm2的载荷应力下，线103表现出疲劳耐久性达到1000万次循环而没有断裂。在示例性实施例中，线103在更大的载荷应力(诸如1500n/mm2或2000n/mm2)下表现出达到1000万次循环而不断裂的疲劳耐久性。[0057]3.线缆结构[0058]现在参考图4-8c，线103的示例性应用包括多丝线缆结构，诸如线缆10。为了本公开的目的，线缆10可以表示为[a]x[b]，其中[a]是线缆中的元件数量，并且[b]是每个元件的丝数量。此基本结构可用于表示附加线缆结构，诸如[a]x[b]x[c]，其中[c]是用于形成成品结构的[a]x[b]线缆的数量。可以使用附加的代数公式来指定基于这些一般表达原理的附加线缆结构，如下面的表1中所示。[0059]举例来说，图1示出了一种“37x7”线缆10，包括四个径向层，包括具有单个绞合线12的第一中心或芯层16，包括环绕第一层16的六个绞合线12的第二层18，包括环绕第二层18的十二个绞合线12的第三层20，以及包括环绕第三层20的十八个绞合线12的第四层或外层22。随着每个连续层的添加，在线缆10的较大结构内形成单独的线结构。例如，芯层16是“1x7”线结构，因为它是具有七根丝14的单个绞合线12。当第二层18与芯层16结合时，可以认为是“7x7”线结构，因为它具有七个绞合线12，每个绞合线12具有七根丝。以类似的方式，第三层20与层16和18结合以形成“19x7”结构，并且外层22与层16、18和20结合以形成“37x7”结构。出于同样原因，“1x19”线结构与芯层16相同，但有19根丝集成到绞合线12中。“7x19”、“19x19”和“37x19”结构可以通过分别使用各自具有19根丝的绞合线12添加层18、20和22来制造。线缆10或根据本公开的任何线缆可以通过将线103集成为线缆的丝14而形成。[0060]在图7中所示的一个实施例中，线缆10的第二层、第三层和第四层18、20和22的绞合线12可以以交替的、顺序相反的螺旋方向缠绕。例如，第二层18的绞合线12可以在第一螺旋方向上缠绕，第三层20的绞合线12可以在第二相反的螺旋方向上缠绕，而第四层22的绞合线12可以在与第二层16的绞合线12相同的螺旋方向上缠绕。[0061]图4示出了7x7线缆10，其使用由外径为50μm的线103制成的丝14，总线缆外径为0.45mm。根据本公开制造的uhs线可用于缠绕线缆绞合线12中的单个丝，所述丝本身缠绕成线缆结构。因此，所得到的uhs线缆100可以由具有大于5gpa的极限强度水平的线103制成，这转化为优异的线缆性能。[0062]例如，图4的线缆100使用49根丝14，每根丝均根据本公开制造。所得到的线缆结构保持了小于0.5mm的外径，并实现了极高的刚度、低拉伸、良好的表面硬度和超过425n(103lbf)的极限(断裂)载荷。[0063]根据本公开，还可以构造从1x3和1x7个绞合线高达7x7x7、7x19、19x7、19x19、19x37、37x37和61x61的许多其他设计。一个示例性结构是19x19线缆，其使用用于丝14的线103，其中每根丝14的外径为0.001英寸，并且根据本公开由w-re或mo-re材料制成，总线缆直径为0.025英寸。[0064]具有六十一(61)根线丝14的绞合线12可用于任何线缆构造中，以提供线缆10内线直径的进一步减小，同时保持相同的最终线缆直径。一个例子是用7x61线缆替换7x37线缆，其中与可比的7x37构造相比，7x61构造中的单丝线直径小22％。复杂的绳结构可以使用每个绞合线12具有7、19、37或61根丝14的绞合线，或由任何一对前述值限定的任何范围内限定的任何数量的丝来制造。[0065]甚至进一步，包括每个绞合线12具有91至127根丝14的绞合线12的线缆10是可能的，因为更细直径、更高强度的单丝能够实现这些结构。使用根据本公开制造的直径为7μm的线103构成的61x61结构的线缆将具有0.57mm的最终直径，包括3721根单片丝14。此外，材料的延展性可使其自身适用于型锻压缩、端部成形和配件附件，如图4中所示的端部配件40。这种附接可以通过机械变形制成，从而允许最佳的力传递和位置控制。[0066]在图5中所示的一个示例性实施例中，1x7结构可以用作独立线缆10，或者用作较大线缆结构的组成绞合线12。图5是使用25.4μmmo41re线的绞合线103的正视图，该线拉拔至5.6gpa的极限强度水平，并且然后绞合成1x7绞合线结构。这产生了外径为76μm的线缆10(或绞合线12)。该1x7结构表现出5.4gpa的抗拉强度，非常接近匹配独立单片线103的性能。为了本公开的目的，线缆10(或绞合线12)的抗拉强度是基于丝14的聚集截面积而不是线缆10本身的外径内限定的截面积来确定的。该聚集截面积可称为“实心面积”。根据所使用的特定线缆结构，实心面积可以是线缆10外径内总截面积的较小或较大百分比。该百分比可以称为线缆10的“填充密度”，对于根据本公开制造的线缆10，该数字大于或等于54％。在具有更多丝14的结构中，填充密度增加，并且是几何形状的基本函数，其可以通过从由线缆10的外径限定的面积减去所有丝14的聚集总面积、然后将差值除以由线缆10外径限定的面积来计算。[0067]在一个示例性实施例中，根据本公开制造的线缆100在填充密度为至少54％的高达3650n/mm2的实心面积载荷下表现出小于0.02％的线缆结构应变的低拉伸。[0068]下面的表1中示出了根据本公开可以由本材料制成的一组示例性线缆结构。在表1中，每个结构的丝14的总数示出为“线计数”。假设丝14在所得到的线缆100中具有共同的直径，“乘数(d)”示出作为组成丝14的外径的函数的线缆100的总外径。因此，对于1x3结构，线缆100的外径是组成丝14的外径的2.15倍，而1x7是3倍，3x3是4.62倍等等。[0069]表1[0070][0071][0072]线缆结构和线缆的更多详细信息可以在2018年3月30日提交的且题为“小直径线缆”的国际专利申请公开号wo2018/183862中找到，其全部公开内容通过引用明确并入本文。[0073]4.拉拔和冷加工[0074]出于本公开的目的，单片线103(图9a)和复合线101(图9b)可以被认为是可互换的。对于如本文所述使用的单片线103的每一实例(例如，在线缆10中)，复合线101可以替代线103。[0075]根据本公开的w-re或mo-re金属合金首先通过铸造锭、连续铸造或挤压所需材料而散装形成。然后通过将散装材料热加工成所需的预成型尺寸和形状，将该散装材料形成合适的中间或预成型材料(例如，棒、板或中空管)。出于本公开的目的，通过将材料加热到高于室温的升高温度并在材料保持在升高温度的同时执行期望的成形和形成操作来完成热加工。然后，通过例如拉拔和退火中间材料的时间表来制造粗线结构，以形成准备好最终加工成线101或103的结构。此后，粗线结构可经受一次或多次额外拉拔，以及最终冷加工调节步骤(图9a-9b)，以形成线101或103。然后可以执行一个或多个热加工步骤，诸如形状设置、退火和/或老化，以便将所需的机械特性给予成品线产品，包括如上所述的强度和刚度。下面进一步描述示例性线生产和加工方法的进一步细节。[0076]在图9a中所示的一个示例性实施例中，由医用级金属材料(如上所述)制成的单片线103可以在最终加工之前由预成型材料制成所需直径的线。也就是说，预成型材料通过一个或多个模具105(图10a)拉拔，以稍微减小中间材料的外径，同时也拉长所述材料，然后对材料进行退火，以减少由拉拔过程给予该材料的内应力(即，如下文所讨论的保留冷加工)。然后，将该退火材料拉拔通过一个或多个具有较小精加工直径的新模具105，以进一步减小材料的直径，并进一步延长该材料。迭代地重复该材料的进一步退火和拉拔，直到该材料形成拉拔的线结构，准备好最终加工成线103。[0077]为了形成复合线101(图9b)，诸如品牌复合线，将芯107插入壳体109内以形成中间结构，并且然后将该中间结构的一端逐渐变细，以便于将该端部放置到第一拉拔模具105中(图10b)。然后，通过拉拔模具105突出的端部被夹紧并拉动通过模具105，以减小结构的直径，并使壳体109的内表面与芯107的外表面牢固地物理接触。更特别地，初始拉拔过程减小了壳体109的内径，使得壳体109靠近芯107的外径，并且壳体109的内径等于芯107的外径。在该初始拉拔之后，如图9b和图10b中所示，当观察截面时，内芯107完全填充外部壳体109的中心空腔。类似于上述单片线103，然后迭代地重复该拉拔过程以进一步减小材料的直径，这也进一步延长该材料。执行材料的迭代退火和拉拔，直到该材料形成拉拔的线结构，准备好最终加工成拉拔的复合线101。关于根据本公开的复合线的结构和几何形状的进一步细节可以在分别在2004年9月13日、2005年8月15日和2009年1月29日提交的并且标题均为“拉拔带填充管线(drawnstrandfilledtubingwire)”的美国专利号7,420,124、7,501,579和7,745,732中找到，所有这些专利的全部公开内容通过引用明确并入本文。[0078]拉拔的丝结构与通过其他方法(例如铸造、机械加工、涂层等)形成的结构在结构上的区别在于其特征平滑度和高反射率。在具有芯和壳体的双金属复合线结构的情况下，与例如涂覆结构相比，拉拔结构的截面的圆形度以及壳体和芯的同心度基本上更精细。此外，拉拔结构的微观结构可能在结构上与其他结构不同，例如，通过在热加工后表现出细长晶粒结构(如图2d中所示并在下文进一步讨论)或细晶粒结构。[0079]示例性复合线101可以使用根据本公开的w-re和mo-re合金形成，以用于壳体109或芯107。根据特定应用的需要或期望，其他材料可以与本材料结合使用。[0080]拉拔步骤使线101或103进行冷加工。出于本公开的目的，冷加工方法在室温或接近室温(例如20-30℃)下影响材料变形。在复合线101的情况下，拉拔对壳体109和芯107的材料给予冷加工，附带减小了两种材料的截面积。在拉拔步骤期间给予线101或103的总冷加工可以由以下公式(i)表征：[0081][0082]其中，“cw”是由原始材料面积的减小所限定的冷加工，“d2”是在一次或多次拉拔之后的线的外截面直径(即，对于单片线103为d2s，并且对于复合线101为d2c和d2s两者)，并且“d1”是在同一次或多次拉拔之前线的外截面直径(即，对于单片线103为d1s，并且对于复合线101为d1c和d1s两者)。[0083]参考图10a和图10b，冷加工步骤可以通过所示出的拉拔过程执行。如所示，线101或103通过具有输出直径d2s的润滑模具105被拉拔，该输出直径d2s小于拉拔步骤之前线101或103的直径d1s。线101或103的外径相应地从预拉拔直径d1s减小到拉拔直径d2s，从而给予冷加工cw。[0084]可替代地，净冷加工可以通过其他工艺，诸如冷型锻、轧制线(例如，轧制成扁平带状或其他形状)、挤压、弯曲、流动成形、皮尔格式轧管法或冷锻累积在线101或103中。冷加工也可以通过包括本文所述的技术的任何技术组合进行，例如，冷型锻，然后通过润滑模具拉拔，通过冷轧制成带状或片状形式或其他形状的线形式来完成。在一个示例性实施例中，在一次拉拔中执行将线101或103的直径从d1s减小到d2s的冷加工步骤，并且在另一实施例中，在多次拉拔中执行将线101或103的直径从d1s减小至d2s的冷加工步骤，所述多次拉拔按顺序进行，其间没有任何退火步骤。[0085]对于在复合线101上重复拉拔过程而不进行中间退火的工艺，每个后续拉拔步骤进一步成比例地减小线101的截面，使得当线101的总体截面积减小时，壳体109和芯107的截面积与线101的总体截面积的比率在名义上保持不变。参考图10b，预拉拔芯外径d1c与预拉拔壳体外径d1s的比率与拉拔后的对应比率相同。换句话说，d1c/d1s＝d2c/d2s。关于线拉拔的更多细节在2009年2月27日提交的题为“交替芯复合线(alternatingcorecompositewire)”的美国专利申请序列号12/395,090中讨论，该申请转让给本发明的受让人，其全部公开内容通过引用并入本文。[0086]5.退火[0087]热应力减少，在本领域中另外地称为退火，通过将材料加热到不超过结构中使用的一种或多种材料的熔点的标称温度来实现。退火用于提高拉拔步骤之间结构的延展性，从而允许通过后续拉拔步骤进行进一步塑性变形。当使用上述公式(i)计算冷加工cw时，假设在向材料给予冷加工的过程之后没有进行退火。[0088]将线101或103加热到足以引起晶粒再结晶的温度，消除了累积的冷加工。通过在拉拔之间对材料进行完全退火，减少了每次迭代冷加工过程所给予的冷加工，从而使材料能够进行下一次迭代冷加工过程，否则这些材料可能会由重复拉拔或其他冷加工过程而变脆。在完全退火中，冷加工材料被加热到足以基本上充分减少材料中储存的内应力的温度，从而减少储存的冷加工并将冷加工“重置”为零。[0089]另一方面，在没有后续退火工艺的情况下进行拉拔或其他机械加工的线101或103保留一定量的冷加工。保留加工的量取决于直径从d1s到d2s的总体减小，并且可以基于由于给予的冷加工而导致的材料内的单个晶粒变形来量化。参考图10c，示出了处于退火后状态的线103，晶粒111被示出为大致等轴，即，晶粒111通常定义为球状，其中晶粒111的总长度g1的测量值是相同的，与测量方向无关。在拉拔线101或103(如上所述)之后，等轴晶粒111被转变为细长晶粒113(图10d)，使得晶粒113成为限定细长晶粒长度g2(即，跨过晶粒113的最长尺寸)和相对较短晶粒宽度g3(即，跨过晶粒113的最小尺寸)的纵向结构。晶粒113的延长是冷加工过程的结果，晶粒113的纵向轴线通常与拉拔方向对齐，如图10d中所示。[0090]拉丝后线101或103的保留冷加工可以表示为细长晶粒长度g2与宽度g3的比率，使得较大的比率意味着晶粒被“拉伸”得更远，并且因此意味着保留冷加工量更大。相比之下，在中间拉拔过程之后退火线101或103会使材料再结晶，将细长晶粒113转换回等轴晶粒111，并将保留冷加工比率“重置”为1：1(即，没有保留冷加工)。[0091]对于上述w-re和mo-re合金，足以调节强度和直线度特性的完全退火或应力减少退火可在1400至2000k之间的温度下完成，时间取决于线103的外径d2s，其中较高的温度与完全退火相关，而较低的温度与不完全将细长晶粒113再结晶回到等轴晶粒111的应力减少退火相关。退火时间，也被称为“停留时间”，在此期间线暴露于退火温度，该退火时间取决于线103的尺寸和退火工艺的期望效果，如材料加工领域的技术人员所理解的。[0092]出于本讨论的目的，可以假设退火时间与正在退火的线的截面积正线性相关。因此，对于给定的退火温度，对于具有第一截面积并退火第一时间量的第一线，假设的退火结果与对于具有两倍于第一线的截面积并且退火时间是第一时间两倍的第二时间量的第二线类似的退火结果。然而，对于较小的细线和超细线，诸如那些具有200μm或更小的线，可以假设线材料被快速加热直到所需温度，并且此加热时间不明显取决于直径。因此，对于直径d2s小于200μm的线101和103，退火时间与直径d2s无关，而是代替地仅基于期望的效果、即完全退火或如上所述的应力减小退火的各种梯度来确定。[0093]此外，对于不同的线直径，可以预期退火参数不同，较小的直径缩短了给定温度和给定线材料的退火时间。对于任何给定的线样品，是否已经完成完全退火可以本领域公知的多种方式进行验证，诸如使用扫描电子显微镜(sem)的微观结构检查，用于延展性、强度、弹性等的机械测试以及其他方法。[0094]冷加工和退火方法的进一步讨论可以在2009年9月18日提交的且题为“耐疲劳损伤线及其生产方法(fatiguedamageresistantwireandmethodofproductionthereof)”的美国专利号8,840,735中找到，该专利的全部公开内容通过引用并入本文。[0095]6.应用[0096]影响远侧末端致动的高张力载荷绞合线、线缆或基于绳的束可受益于使用包括本uhs材料的线结构，如本文所讨论的w26re、mo41re和mo47re。与高强度不锈钢和钨结构相比，本uhs材料的使用带来了巨大的耐久性性能提高，在材料屈服和疲劳方面具有延伸的安全边际。基于本材料的线缆可提供任何合适的机械功能，诸如致动、击发、释放、操纵、偏转、稳定或任何需要使用线绳进行力传递的装置。[0097]高强度、刚度、延展性和耐腐蚀性的结合允许本材料也可以在其他领域找到应用。例如，本材料可用于导管或管壁加固的高强度编织物、高刚性和/或高强度血管导丝和具有较高屈曲耐受性的神经栓塞线圈推线，以及管状激光切割或基于线的平台中的高刚度血管支架结构，以针对给定的慢性力要求提供减小的壁厚。与不锈钢和钴铬基结构相比，本文所述的本uhs线提供了40-90％更大的弹性模量。加工良好的薄壁管产品也可能被给予类似的特性。[0098]此外，本文所述的uhs材料提供的强度和刚度大致是高强度不锈钢的两倍。[0099]虽然本发明已经被描述为具有示例性设计，但是本发明可以在本公开的精神和范围的情况下进一步修改。此外，本技术旨在涵盖本发明所属领域的已知或惯常实践中的与本公开的这些偏离。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种高强度线缆结构，包括由钨-铼或钼-铼合金中的一个形成的多个拉拔合金丝，其中，所述线缆结构表现出强度达到4800n/mm2的每实心截面丝面积断裂载荷。2.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝由合金形成，所述合金由以下组成：20-50wt.％铼；以及余量钨和不可避免的杂质。3.根据权利要求2所述的高强度线缆结构，其中，所述合金具有约26wt.％的铼。4.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝由合金形成，所述合金由以下组成：20-50wt.％铼；以及余量钼和不可避免的杂质。5.根据权利要求4所述的高强度线缆结构，其中，所述合金具有约41wt.％的铼。6.根据权利要求5所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个具有80-100μm之间的直径，并且表现出达到129mj/mm3的断裂功能。7.根据权利要求5所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个具有7-12μm之间的直径，并且表现出达到6.9gpa的抗拉强度。8.根据权利要求7所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到6.2gpa的0.2％屈服强度。9.根据权利要求7所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到371gpa的杨氏弹性模量。10.根据权利要求7所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到2.3％的断裂工程应变。11.根据权利要求7所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到99.6mj/mm3的断裂功能。12.根据权利要求5所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个具有20-30μm之间的直径，并且表现出达到120mj/mm3的断裂功能。13.根据权利要求12所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到5.66gpa的抗拉强度。14.根据权利要求12所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到3％工程应变的断裂伸长率。15.根据权利要求12所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到5.00gp的0.2％屈服强度。16.根据权利要求12所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到370gpa的杨氏弹性模量。17.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中所述多个丝各自具有7-100μm之间的直径。18.根据权利要求17所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝包括49与3721之间个丝。19.根据权利要求18所述的高强度线缆结构，其中，需要9与81之间个线直径来横穿总
线缆直径。20.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到5500n/mm2的强度。21.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出达到6200n/mm2的强度。22.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，假设填充密度大于或等于54％，所述多个丝中的每一个在直到3650n/mm2的实心面积的载荷下表现出小于0.02的线缆结构应变的低拉伸。23.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个在1000n/mm2的交变应力载荷下表现出达到10m次循环的疲劳耐久性而没有断裂。24.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个在1500n/mm2的交变应力载荷下表现出达到10m次循环的疲劳耐久性而没有断裂。25.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个在2000n/mm2的交变应力载荷下表现出达到10m次循环的疲劳耐久性而没有断裂。26.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个表现出光亮的表面光洁度或光滑的拉拔氧化物光洁度。27.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述多个丝中的每一个包括范围从20至50wt.％的铼含量。28.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述线缆结构与手术机器人结合使用。29.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，所述线缆结构包括19根绞合线，每根绞合线具有所述多个丝中的19根。30.根据权利要求1所述的高强度线缆结构，其中，对于约0.025英寸的总线缆直径，所述多个丝中的每一个具有约0.001英寸的外径。

技术总结
超高强度(UHS)线适用于高强度线、绞合线、线缆和绳应用，包括机器人力传递和其他高性能单丝和多丝线应用。该线表现出高强度、低拉伸和疲劳耐久性。示例性UHS材料包括具有20与50wt.％之间的铼的二元钼-铼或钨v-铼合金。这些合金从中等强度(<2GPa)的温拉拔棒加工成拉拔单丝线，具有极度的纳米晶晶粒细化、高的表观疲劳耐久性，以及在所有情况下极限强度水平均超过5GPa，并且在单丝直径的范围在从7至100μm之间时直到6.8GPa。μm之间时直到6.8GPa。μm之间时直到6.8GPa。


技术研发人员：杰里米
受保护的技术使用者：韦恩堡金属研究产品有限责任公司
技术研发日：2021.08.03
技术公布日：2023/8/5