發(fā)布時間：2021-10-23 21:39

　　Ti6Al4V合金以其良好的生物相容性、綜合力學(xué)性能和耐腐蝕性能等優(yōu)勢,在醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用。但Ti6Al4V合金自身不具有抗菌生物功能,所以在醫(yī)用金屬中添加適量的具有抗菌功能的Cu元素,得到具有良好的生物相容性、力學(xué)性能以及耐腐蝕性能等綜合性能的抗菌鈦合金,具有廣闊的臨床應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的鈦合金加工工藝流程較為復(fù)雜且個性化加工困難,選區(qū)激光熔化技術(shù)為口腔用鈦合金的加工提供了新的思路,同時也為個性化醫(yī)療提供了契機。本課題采用選區(qū)激光熔化技術(shù)制備Ti6Al4V-5Cu合金樣品,并對激光工藝參數(shù)進行優(yōu)化。利用高精度分析天平、光學(xué)顯微鏡、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、電子背散射衍射儀、顯微硬度計、多功能材料表面性能試驗儀和電化學(xué)工作站等設(shè)備分別對選區(qū)激光熔化Ti6Al4V-5Cu合金的致密度、相組成、顯微組織、平均晶粒尺寸、顯微硬度、摩擦磨損性能以及腐蝕性能進行了系統(tǒng)的測試和分析。實驗結(jié)果表明:利用選區(qū)激光熔化技術(shù)成功制備出選區(qū)激光熔化Ti6Al4V-5Cu合金樣品。最佳工藝參數(shù)是掃描速度1500mm/s,激光功率260W,光斑直徑70μm,掃描間距45μm,鋪粉厚度30μm,掃描方... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈦合金臼假體及股骨假體Fig.1.1Jointprosthesisandthighboneprosthesisbytitaniumalloy

第1章緒論3選擇地熔化金屬粉末。然后在處理的層上安裝水平刮板，繼而鋪下另一層金屬粉末，根據(jù)下一層的數(shù)字和模擬數(shù)據(jù)信息有選擇地調(diào)整高能激光束，從而往復(fù)循環(huán)可以完成，直到制造出整個零件。選區(qū)激光熔化技術(shù)具有如下特點：（1）通過選區(qū)激光熔化技術(shù)生產(chǎn)的零件的相對密度接近100%，甚至是具有冶金結(jié)合的完整實體[16]。選區(qū)激光熔化技術(shù)可以大功率熔化金屬粉末，使成形零件的組織結(jié)構(gòu)均勻細小，降低了應(yīng)力集中。與傳統(tǒng)制備技術(shù)相比，提高了金屬零件的性能，可以直接生產(chǎn)終端金屬產(chǎn)品，縮短成形周期；（2）由于選區(qū)激光熔化沉積系統(tǒng)使用高功率密度激光并以極小板直徑激光束熔化金屬粉末，加工后的金屬零件尺寸精度高（高達0.1mm）且表面粗糙度低（Ra30-50μm）[17]。由激光板直徑小，熔點高的金屬可以被低功率激光束熔化，金屬零件可采用單組分金屬粉末制備，而且金屬粉末類型可擴延；（3）從材料性能來看，采用選區(qū)激光熔化沉積技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)件具有細小均勻的快速凝固結(jié)構(gòu)，提高了成型件的硬度、耐熱性和耐腐蝕性，具有優(yōu)異的綜合性能。選區(qū)激光熔化技術(shù)可以熔化金屬粉末，而不是“材料還原制造”，可以生產(chǎn)高尺寸精度和低表面粗糙度的零件。成形零件可以通過噴砂或電解拋光直接使用。由于材料及切削加工的節(jié)省，制造成本可降低20%-40%，生產(chǎn)周期可縮短80%[18]。綜上所述，選區(qū)激光熔化技術(shù)以“增材制造”打破了傳統(tǒng)的“減材制造”加工思路，相比于傳統(tǒng)制備工藝，選區(qū)激光熔化技術(shù)有效解決了傳統(tǒng)制備工藝所處理不到的圖1.2選區(qū)激光熔化成形原理圖Fig.1.2Schematicdiagramofselectivelasermelting

9第2章試驗材料及研究方法2.1試驗材料2.1.1基體材料為了保證金屬粉末能與基板形成良好的冶金結(jié)合，實驗應(yīng)選擇與金屬粉末成分相近的材料作為基板。因此，本實驗選擇純鈦作為選區(qū)激光熔化實驗的基板�；宄叽鐬�140mm×140mm×17mm。在實驗前應(yīng)使用砂紙對基板表面進行打磨，去除氧化皮。使用酒精去除基板表面的油污。將基板放入DZF-6050型真空干燥箱中待用。在進行實驗前應(yīng)對純鈦基板進行預(yù)熱。2.1.2選區(qū)激光熔化材料實驗采用的金屬粉末為Ti6Al4V-5Cu合金粉末，生產(chǎn)商為中航邁特粉冶科技有限公司。粉末粒度為15-45μm。在進行選區(qū)激光熔化實驗前應(yīng)將金屬粉末放入80℃真空干燥箱中干燥12h。本實驗為了研究Ti6Al4V-5Cu合金粉末的形貌特點，采用掃描電子顯微鏡對實驗粉末進行了觀察。Ti6Al4V-5Cu合金粉末形貌圖如圖2.1所示。2.2選區(qū)激光熔化Ti6Al4V-5Cu合金的制備本實驗使用的激光設(shè)備為ProXDMP200型選區(qū)激光熔化設(shè)備，發(fā)射的激光波長為1070nm，設(shè)備采用逐層鋪粉的方式在純鈦基板上進行選區(qū)激光熔化實驗，選區(qū)激光熔化試驗設(shè)備如圖2.2所示。采用蛇形和正交兩種掃描策略，掃描策略原理圖如圖2.3所示。本文設(shè)計了九種激光工藝參數(shù)，如表2.1所示。為了防止Ti6Al4V-5Cu合金粉末被氧化，實驗倉采用氬氣保護，控制腔體內(nèi)氧含量低于100ppm。圖2.1Ti6Al4V-5Cu合金粉末SEM形貌Fig.2.1SEMmorphologyofTi6Al4V-5Cualloypowders沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文

【參考文獻】：
期刊論文
[1]2Cr13不銹鋼的硼碳共滲及其摩擦學(xué)性能[J]. 黃朝軍,梁文萍,繆強,李陽,易錦偉,丁錚.  熱處理. 2019(06)
[2]3D打印醫(yī)用鈦合金的抗菌性能和體外生物相容性[J]. 李改明,劉思雨,戰(zhàn)德松,劉蕊,任玲,楊柯,王敬人,王強.  材料研究學(xué)報. 2019(02)
[3]Fatigue behavior of Ti-6Al-4V cellular structures fabricated by additive manufacturing technique[J]. Dechun Ren,Shujun Li,Hao Wang,Wentao Hou,Yulin Hao,Wei Jin,Rui Yang,R.Devesh K.Misra,Lawrence E.Murr.  Journal of Materials Science & Technology. 2019(02)
[4]Microbiologically influenced corrosion of titanium caused by aerobic marine bacterium Pseudomonas aeruginosa[J]. M.Saleem Khan,Zhong Li,Ke Yang,Dake Xu,Chunguang Yang,Dan Liu,Yassir Lekbach,Enze Zhou,Phuri Kalnaowakul.  Journal of Materials Science & Technology. 2019(01)
[5]輕合金構(gòu)件激光增材制造研究現(xiàn)狀及其發(fā)展[J]. 王霄,王東生,高雪松,沈理達,顧冬冬,田宗軍.  應(yīng)用激光. 2016(04)
[6]激光選區(qū)熔化成形技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究進展[J]. 趙志國,柏林,李黎,黃建云.  航空制造技術(shù). 2014(19)
[7]生物醫(yī)用鈦合金的研究進展[J]. 張文毓.  化學(xué)與黏合. 2014(05)
[8]靜態(tài)尿道壓力圖對良性前列腺增生所致膀胱出口梗阻的診斷價值[J]. 楊星亮,趙江,馮觀貴,于偉,李龍坤.  第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報. 2014(08)
[9]新型生物醫(yī)用鈦合金組織與性能研究進展[J]. 麻西群,于振濤,牛金龍,余森,張亞峰,皇甫強.  生物醫(yī)學(xué)工程與臨床. 2013(06)
[10]金屬零件選區(qū)激光熔化快速成型技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 吳崢強.  熱加工工藝. 2008(13)

博士論文
[1]面向植入體的多孔結(jié)構(gòu)建模及激光選區(qū)熔化直接制造研究[D]. 肖冬明.華南理工大學(xué) 2013
[2]計算機導(dǎo)航輔助髖臼腫瘤切除與個體化定制假體重建的臨床應(yīng)用研究[D]. 張涌泉.第四軍醫(yī)大學(xué) 2013

碩士論文
[1]選區(qū)激光熔化成形Ti基納米復(fù)合材料的工藝、組織及性能[D]. 孟廣斌.南京航空航天大學(xué) 2012
[2]個性化精密金屬零件選區(qū)激光熔化直接成型設(shè)計優(yōu)化及工藝研究[D]. 盧建斌.華南理工大學(xué) 2011
[3]金屬粉末選區(qū)激光熔化實驗研究[D]. 孫大慶.北京工業(yè)大學(xué) 2007
[4]Ni-Ti形狀記憶合金表面改性及其在生物醫(yī)學(xué)材料方面的應(yīng)用[D]. 王強.沈陽工業(yè)大學(xué) 2006



本文編號：3453960