【摘要】：隨著激光選區(qū)熔化技術(shù)(SLM)的不斷發(fā)展以及生物植入材料需求的不斷增加,SLM技術(shù)在醫(yī)療植入領(lǐng)域的應(yīng)用引起了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。SLM技術(shù)最大優(yōu)點在于能夠直接成形任意形狀、結(jié)構(gòu)的零件,在成形醫(yī)療植入物領(lǐng)域表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢。TC4(Ti6Al4V)憑借低密度,高比強度,優(yōu)異的耐腐蝕性和生物相容性,已經(jīng)成為生物植入材料的最佳選擇。但因為TC4合金熔點高(1678℃),硬度大,傳統(tǒng)的加工技術(shù)已不能滿足TC4合金的加工要求,而SLM技術(shù)是通過高能激光束直接熔化金屬粉末,激光束聚焦溫度可達2000℃以上,非常適用于生物植入材料TC4的加工成形,并且其在成形人造骨骼、關(guān)節(jié)等形狀差異很大的醫(yī)療植入體方面可以充分發(fā)揮SLM技術(shù)優(yōu)勢。因此,采用SLM技術(shù)成形醫(yī)療植入體是一條行之有效且應(yīng)用前景廣闊的途徑。利用SLM技術(shù)成形TC4醫(yī)療植入體需具備以下性能要求。首先,在人體使用環(huán)境中要求醫(yī)療植入體本身有一定的強度和韌性;其次,植入體一般還需要具備一定的耐磨性及耐腐蝕性。基于上述使用特點,主要完成了以下工作:(1)研究激光功率和掃描速度對成形試樣致密度、微觀組織缺陷和力學(xué)性能的影響,并根據(jù)微觀組織、拉伸斷口形貌確定SLM成形TC4最佳工藝參數(shù)。實驗表明,在激光功率為300W,掃描速度為1.5m/s參數(shù)附近,制備的TC4零件的抗拉強度、塑性以及斷裂韌性表現(xiàn)最佳,拉伸強度達到1227.13MPa,延伸率達到8.2%,斷口形貌表現(xiàn)為韌性及準解理斷裂混合特征。(2)為減少SLM成形TC4過程中高溫度梯度引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷,采用普通退火、重結(jié)晶退火和固溶時效三種熱處理工藝對成形試樣進行熱處理工藝實驗,結(jié)果表明,采用800℃重結(jié)晶退火工藝對SLM成形件性能改善效果最好,抗拉強度達到862.96MPa,延伸率大于10%,與鑄態(tài)TC4的性能水平相當。(3)對鑄態(tài)TC4和SLM成形TC4試樣進行摩擦磨損對比實驗,利用SEM掃描電鏡觀察二者磨損形貌,分析SLM工藝對TC4材料耐磨性影響。結(jié)果表明,鑄態(tài)TC4抗磨損性能不如沉積態(tài)試樣,兩種試樣磨損機理均為磨粒磨損和粘著磨損共存的磨損方式,不同之處在于沉積態(tài)TC4硬度更高,磨損過程更穩(wěn)定。(4)開展SLM成形TC4試樣在Hank’s人體仿生液中的電化學(xué)腐蝕實驗,研究不同熱處理工藝對SLM成形TC4耐腐蝕性能影響。結(jié)果表明,沉積態(tài)TC4耐腐蝕性能不如鑄態(tài)TC4,鑄態(tài)TC4的腐蝕速度慢,并且鈍化范圍較大,抗腐蝕性能更好。并且退火處理可以提高SLM成形TC4試件的抗腐蝕性能,原因是熱處理促進了SLM成形試樣中銳鈦礦向金紅石相轉(zhuǎn)變,而金紅石六方晶系結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,化學(xué)抗性更強。
【圖文】：

SLS 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的相當成熟，不論是在材料方面還是加工設(shè)備方面，其加工原理如圖1-1 所示[2]。SLS 是利用紅外激光束作為熱源，在計算機控制下根據(jù)分層截面信息逐層燒結(jié)所要成形零件的截面輪廓，層層疊加，最終形成實體零件。SLS 技術(shù)優(yōu)點在于成形效率高，加工效率一般在 100cm3/h 以上，，并且成形倉內(nèi)不需要嚴格的氣氛控制，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，加工成本低。

激光熔化沉積技術(shù)示意圖
【學(xué)位授予單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG665

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2626573