【摘要】：Zr基非晶合金具有強(qiáng)度高、彈性極限高、彈性模量低等優(yōu)異的力學(xué)性能及較好的耐腐蝕性能,并且具有良好的生物相容性。但其存在成型尺寸有限,成型方法單一,對(duì)于復(fù)雜形狀構(gòu)件的加工成型十分困難的問(wèn)題。3D打印作為近幾年興起的先進(jìn)制造技術(shù),樣品的成型尺寸和形狀不受限制,為上述問(wèn)題的解決提供了一種新的途徑。本文通過(guò)小型金屬粉末真空霧化裝置制備了Zr_(60.14)Cu_(22.31)Fe_(4.85)Al_(9.7)Ag_3非晶合金粉末,采用選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了Zr_(60.14)Cu_(22.31)Fe_(4.85)Al_(9.7)Ag_3非晶合金的3D打印成型,確定了最優(yōu)的3D打印工藝參數(shù)。利用X射線衍射儀(XRD)、差示掃描量熱法(DSC)、光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線斷層掃描(XRT)、萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)、細(xì)胞增殖、細(xì)胞形貌觀察、抗菌實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)手段系統(tǒng)研究了3D打印樣品的結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)性能、摩擦性能、腐蝕性能、生物相容性及抗菌性。結(jié)果表明,3D打印非晶合金的非晶含量為94.7±0.6%,致密度達(dá)到99.78%,孔徑主要在50μm以下;對(duì)于Φ3mm×6mm試樣,壓縮強(qiáng)度為1770±17 MPa,塑性0.46±0.03%,斷裂韌性K_Q 36.3±1.9 MPa m~(1/2),與同成分鑄態(tài)非晶合金相比,斷裂強(qiáng)度基本保持不變,塑性略有減小,斷裂韌性下降較為明顯,分析認(rèn)為這主要是由于熱影響區(qū)內(nèi)存在少量晶化。與Ti6Al4V合金相比,3D打印非晶合金在干態(tài)條件下明顯具有更為優(yōu)異的摩擦性能,在SBF溶液中,3D打印非晶合金的摩擦系數(shù)及磨損速率略高于Ti6Al4V合金。極化曲線測(cè)試表明3D打印非晶合金的點(diǎn)蝕電位有些下降,鈍化區(qū)間有所減小,但具有更低的鈍化電流密度,有利于鈍化膜在其表面形成,同時(shí)浸泡實(shí)驗(yàn)顯示3D打印樣品的離子析出濃度遠(yuǎn)低于臨界值,反映出其較好的腐蝕性能及對(duì)人體的安全性。此外,與Ti6Al4V合金相比,3D打印非晶合金更有利于細(xì)胞的增殖,且細(xì)胞在其表面呈現(xiàn)均勻粘附的形貌,意味著其具有良好的生物相容性,同時(shí)3D打印非晶合金對(duì)細(xì)菌具有一定的抑制作用,表明其具有一定的抗菌性,這主要是由于該體系中含有少量的抗菌元素Ag。最后,我們制備出具有多孔構(gòu)型的非晶合金生物構(gòu)件,發(fā)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)在降低彈性模量的同時(shí),依然保持了較高的強(qiáng)度,并且非常有利于細(xì)胞的增殖。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG139.8
【圖文】：

圖 1-1 塊體非晶合金和幾種傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料的力學(xué)性能[14]1 Mechanical properties of bulk metallic glasses and several traditional biomedical r 基非晶合金作為生物材料的研究現(xiàn)狀Zr 基非晶合金的力學(xué)性能各種生理環(huán)境下服役時(shí)，生物材料會(huì)收到來(lái)自周?chē)M織、血管壁和骨因此對(duì)其力學(xué)性能有一定的要求。如表1-1所示，Zr基非晶合金的硬傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料（316L不銹鋼、Ti及Ti合金）的2~3倍，屈服強(qiáng)度也用金屬材料。圖1-3為三種無(wú)Ni型Zr基非晶合金的壓縮應(yīng)力 應(yīng)變曲線三種Zr基非晶合金的屈服強(qiáng)度超過(guò)了1300MPa，斷裂強(qiáng)度超過(guò)了160現(xiàn)出相當(dāng)大的塑性應(yīng)變及~2%的彈性應(yīng)變[15]。除以上特點(diǎn)外，Zr基非 模 量 在 70-80GPa ， 遠(yuǎn) 低 于 316L不 銹 鋼 （ ~200GPa ）和 Ti6Al

圖 1-2 三種無(wú) Ni 型 Zr 基非晶合金的壓縮應(yīng)力—應(yīng)變曲線[15]. 1-2 Compressive stress strain curves of three Ni-free Zr-based BMG非晶合金的腐蝕性能在各種生理溶液中對(duì)Zr基非晶合金的腐蝕行為進(jìn)行了研nk's溶液[30]，0.9% NaCl鹽溶液[31]，Ringer's溶液[16]，人工些情況下，Zr基非晶合金具有比傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料更低蝕電位，表明Zr基非晶合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性能[18, 19]合金的表面會(huì)形成一層鈍化膜，這層鈍化膜主要由ZrO2體的作用，從而提高了Zr基非晶合金的抗腐蝕性能。此Ag[35]有利于提高Zr基非晶合金的抗點(diǎn)蝕能力。非晶合金的生物相容性應(yīng)用中使用的生物材料來(lái)說(shuō)，良好的生物相容性是避免

1.4.1 3D 打印概述3D打印，又稱(chēng)增材制造（Additive Manufacturing），是近些年來(lái)新興的先進(jìn)制造技術(shù)。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，其以數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，通過(guò)逐層堆疊的方式制造產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)較高的精度及復(fù)雜構(gòu)件的直接成形。3D打印技術(shù)的種類(lèi)有很多，包括光固化立體成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、三維打印黏結(jié)成型（3DP）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、多頭噴射技術(shù)（PolyJet）、數(shù)字光處理技術(shù)（DLP）和分層實(shí)體制造（LOM）等。目前，3D 打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、電子、生物醫(yī)學(xué)、首飾、游戲、建筑、教育等眾多領(lǐng)域。將 3D 打印技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)患者的個(gè)性化定制。2012 年，Jules Poukens 博士和他的團(tuán)隊(duì)在比利時(shí)成功的將世界上第一個(gè)運(yùn)用 3D 打印技術(shù)制造的下頜骨植入患者體內(nèi)，圖 1-3 為計(jì)算機(jī)生成的病人下頜骨 3D 模型及 3D 打印的植入物。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 本刊訊;;中國(guó)金屬學(xué)會(huì)非晶合金分會(huì)2017年年會(huì)在京勝利召開(kāi)[J];金屬功能材料;2017年06期

2 張茂;鄧?yán)?金俊松;龔攀;王新云;;非晶合金熱塑性成形過(guò)程中的氧化[J];自然雜志;2018年03期

3 李秀臣;金順發(fā);范朝暉;呂憶城;;非晶合金導(dǎo)電性能的測(cè)量裝置與測(cè)試[J];理化檢驗(yàn).物理分冊(cè);1989年02期

4 孫英博;孫宇;馬越;王芳;程翔;伊恩多;;微弧氧化后鋯銅鋁銀非晶合金的細(xì)胞相容性研究[J];現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展;2017年26期

5 王宗波;;非晶合金配電變壓器安裝技術(shù)[J];通訊世界;2016年09期

6 張佳佳;劉文勝;馬運(yùn)柱;葉曉珊;吳亞瑜;黃伯云;;Ni_(68.6)W_(17.9)B_(13.5)非晶合金的制備及性能（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年05期

7 唐翠勇;戴文攀;汪明文;康劍鳴;張翔;;大尺寸非晶合金的制備方法及性能研究[J];成都工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2015年02期

8 ;物理所研究出解決非晶合金材料老化難題的新方法[J];中國(guó)科學(xué)院院刊;2015年05期

9 劉玉杰;;喬s

本文編號(hào)：2749349