利用激光表面织构优化的靶向刀的制作方法

本发明涉及一种靶向刀，尤其是一种用于冷冻手术的靶向刀。

背景技术：

冷冻手术是治疗癌症的有效手段,经过多年的发展,它已经有了越来越广泛的应用。冷冻手术的发展和冷冻治疗器械的进步密不可分。从冷冻治疗器械的发展历史来看,它一直都沿着追求创伤更小、性能更完善、使用更方便的方向发展。

靶向刀冷冻治疗系统制冷温度低，形成的冰球边界清晰、尺寸大，可用于大肿瘤治疗；采用局麻穿刺治疗，手术时间短、创伤小、出血少、微创优势明显；复温速度快、可实现迅速拔刀；实时监测系统便于术中测温和控温、手术安全性更高；术后恢复快、住院时间段；工作气源方便易得，大大降低手术成本。然而，为减轻病人痛苦、减小创伤，其一次性使用冷刀的刀身的表面性能有待改善。

因此，需要一种改善刀身表面性能并且对人体性能无害的技术，能够使刀身表面的摩擦系数减小，从而在刀身进入人体时减小与器官之间的摩擦，减轻病人的痛苦、减小创伤。

在《靶向刀混合气体供气装置及控制冷量输出的办法》专利中，权利人提出一种肿瘤冷冻消融用靶向刀的混合气体供气装置及控制冷量输出的办法，用来使靶向刀的靶向区快速降至消融温度后，控制输入靶向区的冷量。另外在《肿瘤冷冻消融用冷刀》的专利中，权利人提出一种肿瘤冷冻消融用冷刀，用来增大靶向区处刀壁的导热系数，使更多的冷量传入肿瘤组织，减少回流冷量的损失，并利于实施冷冻消融术后的冷刀尽快从患者体内拔出。以上两种专利都没有考虑到提高刀身表面性能以减小其与器官之间的摩擦，从而减轻患者痛苦。

技术实现要素：

本发明是要提供一种利用激光表面织构优化的靶向刀，通过激光相变硬化、激光重熔等实现对不锈钢表面组织的优化,而不改变所含成分，并且经过激光表面织构优化后，不锈钢刀身表面的耐蚀性、耐磨性及抗高温氧化性能显著提高，在刀身进入人体及从器官组织中拔出时，刀身与人体组织之间的摩擦减小，刀口也因此变小，从而减小病人的痛苦。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种利用激光表面织构优化的靶向刀，包括不锈钢的靶向刀身，所述靶向刀身表面具有通过激光相变硬化或激光重熔的优化表面组织层，使刀身表面获得极细的硬化组织，提高刀身表面耐磨性及抗高温氧化性，减小刀身与人体组织之间的摩擦，改善冷冻及消融效果，从而减小刀口，减轻病人痛苦。

一种利用激光表面织构优化的靶向刀的激光相变硬化方法，将规律的强激光束照射到靶向刀身表面，迅速将靶向刀身表面温度提高到奥氏体转变温度以上、熔点以下，通过激光束的快速移动，靶向刀身被加热部位与内部快速地进行热交换，靶向刀身表面的冷却速度极快，从而完成马氏体转变，得到极细的马氏体，使靶向刀身表面具有高硬度，以及高耐磨性和光洁度。

一种利用激光表面织构优化的靶向刀的激光重熔方法，用功率密度10～10w/cm²的激光束，在靶向刀身的不锈钢表面扫描，使表层的不锈钢熔化，随后快速冷却凝固，得凝固时的初生相为奥氏体相，晶粒得到细化，使靶向刀身表面具有高硬度，以及高耐磨性和抗蚀性。

本发明的有益效果是：

1．对刀身不锈钢表面实行激光相变硬化、激光重熔,从而优化表面组织，同时不改变所含成分。

2、经过激光表面织构优化后，不锈钢刀身表面的耐蚀性、耐磨性及抗高温氧化性能都显著提高。

3、刀身表面耐磨性及耐蚀性、抗高温氧化性的提高，刀身与人体组织之间的摩擦减小，在一定程度上改善了冷冻及消融效果，同时减小刀口，减轻了病人痛苦。

附图说明

图1为本发明的利用激光表面织构优化的靶向刀示意图；

图2为激光重熔靶向刀试样截面显微组织。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种利用激光表面织构优化的靶向刀，包括不锈钢的靶向刀身1，靶向刀身表面具有通过激光相变硬化或激光重熔的优化表面组织层2，使刀身表面获得极细的硬化组织，提高刀身表面耐磨性及抗高温氧化性，减小刀身与人体组织之间的摩擦，改善冷冻及消融效果，从而减小刀口，减轻病人痛苦。

激光相变硬化因其功率密度大、表面强化质量高、加工过程中对原件影响小、可在复杂原件上局部加工、易于实现自动控制和无污染等特点，被广泛应用于材料表面改性领域。激光相变硬化又称为激光淬火，在需要硬化的刀身部位运用高能密度激光束照射，使该区域急剧升温形成奥氏体，再快速冷却获得细小的马氏体和其他组织硬化层，经激光相变硬化处理的刀身表面硬度高，并可获得极细的硬化组织，所以耐磨性得到提高。同时，由于激光加工的速度快，从而热影响区域小，表面光洁度高。

激光重熔是用激光束将表面熔化而不加任何金属元素，可达到改善表面组织的目的。用激光做刀身表面重熔可以把其中的杂质、气孔、化合物释放出来，同时由于迅速冷却使其晶粒得到细化。与激光淬火工艺相比，激光重熔处理的关键是使材料表面经历了一个快速熔化—凝固过程。其主要特点有：表面熔化时一般不添加任何合金元素，熔凝层与材料基体是天然的冶金结合；在激光熔凝过程中，可以排除杂质和气体，同时急冷重结晶获得的组织，因而有较高的硬度、耐磨性和抗蚀性；其熔层薄，热作用区域小，对表面粗糙度和原件尺寸影响不大，甚至可以直接使用。由于激光重熔表面热处理技术可提高刀具表面的高硬度、耐磨性及耐蚀性等，在机械、化工和医疗器械等行业都有较好的应用前景。经过激光重熔后刀具表面显微硬度大幅提高、耐腐蚀性、耐磨性及抗高温氧化性也较好。

激光相变硬化的具体方法：将规律的强激光束照射到靶向刀表面，迅速将靶向刀表面温度提高到奥氏体转变温度以上、熔点以下，通过激光束的快速移动，靶向刀被加热部位与内部快速地进行热交换，靶向刀表面的冷却速度极快，从而完成马氏体转变，得到极细的马氏体。

类似地，激光重熔的具体方法是：用较高功率密度（10～10w/cm²）的激光束，在靶向刀的不锈钢表面扫描，使表层的不锈钢熔化，随后快速冷却凝固。

如图2所示，由于激光重熔的加热及冷却速度非常快，使得凝固时的初生相为奥氏体相，在此过程中，较高的冷却速度减弱溶质的重新分配，使得初生奥氏体相来不及发生转变，从而使铁素体消失。

综上，对刀身不锈钢表面实行激光相变硬化、激光重熔,均可以优化表面组织，同时不改变所含成分。刀身表面耐磨性减小了，其耐蚀性和抗高温氧化性也提高了，在一定程度上能够改善冷冻及消融效果，同时减小刀口，减轻了病人痛苦。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种利用激光表面织构优化的靶向刀，包括不锈钢的靶向刀身，所述靶向刀身表面具有通过激光相变硬化或激光重熔的优化表面组织，使刀身表面获得极细的硬化组织，提高刀身表面耐磨性及抗高温氧化性，减小刀身与人体组织之间的摩擦。本发明通过激光相变硬化或激光重熔等实现对不锈钢表面组织的优化,而不改变所含成分，并且经过激光表面织构优化后，不锈钢刀身表面的耐蚀性、耐磨性及抗高温氧化性能显著提高，在刀身进入人体及从器官组织中拔出时，刀身与人体组织之间的摩擦减小，刀口也因此变小，从而减小病人的痛苦。

技术研发人员：王书文;刘彩霞;沈丽霞
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2017.03.27
技术公布日：2017.07.21