1、 概述

目前，用于表科植入物和矫形器械的医用金属资料重要形成了不锈钢、钴基合金和钛合金3 大系列[1]，而钛合金由于比沉幼、比强度高、弹性模量低、耐侵蚀以及良好的生物相容性和加工成形性被越来越多地利用于医疗领域，其中钛合金棒丝材重要用于加工造作植入人体的职能结构资料，如长尾椎弓根螺钉、定向椎弓根螺钉、股骨逆行髓内钉及衔接棒等。由于产品设计及加工前提等成分影响，部门钛合金棒丝材表表会保留到最终产品，所以医用钛合金棒丝材对表表质量要求很高。而棒丝材表表缺点中，轻微裂纹的风险最大。本文拔取目前常用规格的医用钛合金棒丝材，选取目前工业上已经利用的目视、超声等无损检测步骤发展了尝试。

2、尝试

2.1 尝试资料

尝试选择目前常用的医用钛合金棒丝材共20支，其中φ2.4mm 丝材3 支、φ5.1mm 丝材3 支、φ5.2mm 丝材3 支、φ6.0mm棒材3支、φ13.5mm棒材2支、φ14.5mm棒材2支 及φ16.5mm棒材4支，棒丝材长度领域为2000~3000mm。

2.2 尝试流程

2.3 尝试设备

本次尝试选取的检测设备有：手持放大镜、体式放大镜、蔡司光学显微镜、CTS-22 型超声探伤仪、EEC 涡流探伤仪、X 射线探伤机、DPT-5 型着色渗入探伤剂及自乳化/后乳化荧光渗入检测系统。

3 尝试了局与分析

3.1 目视检测

目视检测中3 支φ2.4mm 丝材、2 支φ5.2mm 丝材、1支φ6.0mm棒材、1支φ13.5mm 棒材、1 支φ14.5mm 棒材、2支φ16.5mm 棒材未检出裂纹，而其余棒材均发现分歧程 度裂纹，对裂纹地位进行象征和纪录，如图1和图2所示。

3.2 超声/涡流检测

3.2.1 超声横波检验

对φ13.5mm、φ14.5mm、φ16.5mm 棒材进行超声横波检验，选取CTS-22超声波探伤仪及水浸聚焦探头，人为槽伤尺寸为15×0.1×0.1mm（长×宽×深）。探伤了局如下：

φ13.5mm 的1# 棒材有不超标的单显信号（-6dB），2# 未发现缺点信号；φ14.5mm 的1# 棒材有不超标的单显信号（-3dB），2# 未发现缺点信号；φ16.5mm 的1#、3#、4# 棒材未发现缺点信号，2# 有超标缺点信号（+2dB），且该棒材其余部门还存在不超标的单显信号（-3~-1dB）。

3.2.2涡流检验

对φ5.1mm、φ5.2mm 和φ6.0mm 棒丝材进行涡流探伤，选取EEC-22+涡流探伤仪及穿过式涡流探头，活络杜酌φ5.5mm尺度人为伤（15×0.1×0.1mm）（长× 宽× 深）设置，选取分歧的频率和增益参数，对棒、丝材进行涡流探伤，了局9 支棒丝材均没有显著的缺点信号，不能有效检出棒丝材表表裂纹缺点。

3.3 X射线检测

对φ5.2mm的2#、3#丝材和φ5.5mm尺度棒，进行了X射线检测，了局只有尺度棒的人为伤在底片上可见，其中15×0.2×0.2mm（长×宽×深）的人为伤清澈可见，15×0.1× 0.1mm的人为伤隐隐可见，而φ5.2mm的2#、3#棒材裂纹均未被发现。

3.4着色检测

对10支棒丝材进行着色渗入查抄，了局3支φ2.4mm丝材、φ5.2mm1#和φ14.5 mm2# 均未有裂纹显示出来，而其余棒丝材则发现有分歧水平的显示，了局如图3 所示。 φ16.5mm2#棒材裂纹显示最为显著，而φ5.2mm 的2# 和3#丝材裂纹显示太浅，无法辨识。

因3 支φ5.2 mm 丝材中2 支有肉眼可见的裂纹，但着色后并未显著显示，故对其进行白化处置后再次着色，显像30分钟后，看到2# 和3# 丝材有裂纹显露出来，但是色彩很浅，而1#仍未显示出裂纹缺点，了局如图4所示。

3.5 荧光检测

凭据HB/Z61-1998尺度，选取3级活络度进行荧光渗入检测，除φ2.4 的1~3#、φ5.2 的1~2# 及φ16.5 的4# 未发现裂纹表，其他棒丝材都发现了裂纹类缺点显示。

3.6 了局验证及分析

为了对比各类检测步骤对钛合金棒材表表裂纹的检验成效，凭据纪录，对每种检验步骤检测出的裂纹地位及以为合格的地位，进行横截面显微金相观察。了局发现：目视检测可能检出大部门表表开口较宽的裂纹，对于表表开口宽度很幼的轻微裂纹缺点容易漏检，借助放大镜进行观察能得到肯定水平的改善。

超声横波检测时，检测活络度越高，杂波也会越高，当量幼于人为槽伤（15×0.1×0.1mm）的缺点，其回波幅度低，不容易和杂波或者表表划痕回波分辨隔，能够有效检出当 量大于最幼人为伤（15×0.1×0.1mm）的棒材近表表裂纹缺点。

射线检验比力容易发现拥有肯定体积的缺点，不适合用于面积性裂纹类缺点的检测；涡流检测了局受棒丝材表表情况和缺点特点蹬装响，尤其对缺点深度敏感，若缺点深度很浅则不易和划痕分辨隔。

着色检测能够检出毛细作用显著（本尝试中深宽比大于1.5）的开口裂纹缺点，棒材白化（弱酸洗）后进行着色，缺点显示变得显著，检出率有所提高。

荧光检验相迸宗着色及上述其他检测步骤对于表表开口微裂纹活络度高，轻微裂纹缺点显示更直观也更凸起，可能检出的微裂纹尺寸也更幼，表表微裂纹的检出率也更高。

对荧光检测的了局进行横截面金相分析，并不是荧光检测标识出的所有地位都有裂纹的存在，而在某些荧光检测未标识缺点的地位却发现了裂纹，如图5、6所示。

对于荧光检测漏检、误检的原因，经分析以为，是由于医用棒丝材其曲率半径幼而曲率大，长径比很大的表形特点及其不大于0.8μm表表粗糙度对荧光检测造成了影响，如图7 所示。具体寺反，对荧光渗入液的渗入和洗濯过程甚至暗室检测都提出了考验。譬如荧光渗入检测过程中棒丝材之间的隔离和支持都有可能对检测了局造成影响，如图7 中所示荧光检测漏检的φ14.5mm2# 棒材表表裂纹只有10mm长，以为可能是由于棒丝材相互挤压挨碰在一路而使渗入液未能充分渗入而导致漏检。医用棒丝材又细又长的圆柱体几何特点，给荧光渗入液的洗濯造成了麻烦，很容易出现棒丝材某一部位洗濯水平刚好的同时其他部位洗濯不充分或者过度的情况。洗濯不充分，则棒材表表的某些划伤，可能会残留荧光渗入液并在后续显像中显示为线状缺点，如φ5.1 mm 丝材的3# 及φ6.0 mm 棒材的1#和2#，经解剖，在荧光检测标出的裂纹地位只发现划伤并未发现裂纹；如图5 中所示的φ16.5mm3# 棒材表表裂纹，由于深宽比很幼，容易过洗濯，荧光检测则漏检了。暗室观察这种细且长的棒丝材也有肯定的难题，譬如图6 中φ16.5mm3# 棒材在荧光检测时，暗室起初观察有裂纹类缺点显示，但后来又被排除，判定为划痕。

4、实现语

本次尝试，对于医用钛合金棒丝材，目视检测可能检出大部门表表开口较宽的裂纹缺点，只是对于表表开口宽度很幼轻微裂纹缺点容易漏检，借助放大镜进行观察可能得到肯定水平的改善；超声横波能够检出缺点当量不幼于最幼人为伤（15×0.1×0.1mm）的棒材近表表裂纹缺点；射线检验容易发现拥有肯定体积的缺点，对于面积性的裂纹缺点不易检出；着色检测能够检出毛细作用显著（本尝试中深宽比大于1.5）的开口裂纹缺点，棒材白化（弱酸洗）后进行着色，缺点显示变得显著，检出率有所提高；荧光检测相迸宗着色和其他上述检测步骤对表表开口轻微裂纹的检测成效要好，轻微裂纹缺点显示更直观也更凸起，可能检出的微裂纹几何尺寸也更幼，表表微裂纹的检出率也更高。但医用棒丝材的状态特点和表表特点，对荧光渗入液的渗入和洗濯过程甚至暗室检测都提出了考验，导致荧光渗入检测也会出现漏检和误判景象。综而言之，目视、超声横波、涡流、射线、着色及荧光检测各有其利益和局限，相对而言，荧光渗入检测对医用钛合金棒丝材表表开口表表轻微裂纹的检测成效较其它步骤更好，但因棒丝材状态和表表特点影响，也会出现漏检和误判景象。

当然，本次尝试选用钛合金棒丝材数量有限，同时受检测设备和人员水平等成分影响，尝试了局可能并不拥有代表性。仅在肯定水平上，对医用钛合金棒丝材的工业化无损检测提供了参考。笔者谨以此文抛砖引玉，但愿有新的无损检测步骤或者设备可能被推出和利用，解决医用钛合金棒丝材表表裂纹类缺点工业化无损检测的难题。

参考文件：

[1]于振涛，余森，张明华，等.表科植入物用新型医用钛合金资料设计开发与利用近况及进展[J].中国资料进展，2010（12）.

[2]国度技术监督局.GB/T13810.表科植入物用钛脊合金加工材[S].

[3]付直.幼规格钛棒的超声无损检测工艺钻研[C].冶金及资料分析测试学术汇报会，2010.

[4]兰贤辉，彭；，范志山，等.钛合金幼棒材超声波检测缺点漏检原因[J].无损检测，2015，37（1）.

[5]王建国，刘京州.钛合金棒材超声波水浸分区探伤系统近表表探头及其水距的选择[C].陕西省无损检测年会，2012.

[6]李幼娟，王黎，高晓蓉，等.超声无损检测成像技术[J].现代电子技术，2010（21）.

[7]夏纪真.中国无损检测技术的近况与发展趋向[C].第二届中国（北京）国际无损检测利用设备展览会，2013.