本文關鍵詞：激光快速成形Ti-Fe-Sn-Y生物醫(yī)用合金的組織與性能

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【摘要】：激光快速成形是在給定三維立體模型基礎上,利用激光熔化沉積直接制造出高性能復雜結構零件的先進制造技術。利用該技術能夠實現(xiàn)醫(yī)用種植體的個性化設計與制造,具有高柔性、短周期、低成本等諸多優(yōu)點,可預見其在現(xiàn)代生物醫(yī)學材料制造領域的巨大潛力。目前,國內外用于激光快速成形的生物醫(yī)用材料以傳統(tǒng)合金材料為主,而研究表明,這些材料尚不能滿足臨床和激光快速成形工藝的實際要求。因此,研發(fā)適用于激光快速成形的生物醫(yī)用材料是這項技術在現(xiàn)代生物醫(yī)學工程領域應用和發(fā)展的關鍵。本文基于“團簇+連接原子”結構模型,以Ti-Fe二元共晶合金的團簇式為基元,以低彈性模量、無生物毒性的Sn和Y為合金化組元,設計了新型的生物醫(yī)用Ti-Fe-Sn-Y四元合金,并利用激光快速成形技術在純鈦基板上沉積Ti-Fe-Sn-Y合金成形體。利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)分析了Ti-Fe-Sn-Y合金成形體和Ti70.58Fe29.42二元合金成形體的相組成及微觀組織；利用3D表面輪廓儀、密度計、顯微硬度計、納米壓痕儀、摩擦磨損試驗機和電化學工作站,系統(tǒng)研究了合金化組元含量對合金成形體微觀組織、表面粗糙度、密度、硬度、彈性模量和耐蝕性能的影響規(guī)律,并與Ti70.58Fe29.42二元合金成形體進行了對比分析。實驗結果表明：合金元素Y具有良好的凈化液相作用,可以有效抑制氧化物Ti4Fe2O的形成；Ti-Fe-Sn-Y合金成形體主要由β-Ti固溶體及TiFe金屬間化合物組成,且當Sn添加量超過4.40 at.%時,合金中開始有Ti3Sn相析出。在激光快速成形非平衡凝固過程中,由于不對稱偽共晶區(qū)偏向高熔點p-Ti一側,隨著Sn添加量的增加,Ti-Fe-Sn-Y合金成形體由過共晶組織向亞共晶組織轉變,其中Sn添加量為4.40 at.%時,成分非常接近共晶點,形成了近共晶組織。隨著Sn添加量的增加,Ti-Fe-Sn-Y合金成形體的表面粗糙度先降后增,在Sn添加量為4.40 at.%時達到最低,且優(yōu)于Ti70.58Fe29.42二元共晶合金；而合金成形體的密度逐漸增加、硬度逐漸降低,彈性模量則先降后增,且在Sn添加量為5.86 at.%時達到最低值,較Ti70.58Fe29.42合金成形體降低35%。摩擦磨損實驗研究表明,合金成形體的主要磨損機制為粘著磨損和磨粒磨損,且隨著Sn添加量的增加,Ti-Fe-Sn-Y合金成形體的摩擦系數(shù)先降后增,在Sn添加量為5.86 at.%時達到最低,合金成形體減摩性最優(yōu)；而磨損體積逐漸減低,合金成形體耐磨性逐漸增高。電化學實驗研究表明,隨著Sn添加量的增加,Ti-Fe-Sn-Y合金成形體在Hank's溶液中的耐腐蝕性逐漸減低,但普遍優(yōu)于Ti70.58Fe29.42二元共晶合金成形體的耐蝕性。
【關鍵詞】：激光快速成形 成分設計 鈦合金 組織 性能
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG665;TG146.23
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-25
• 1.1 引言9
• 1.2 激光快速成形技術9-13
• 1.2.1 激光快速成形技術的分類11-12
• 1.2.2 激光快速成形在生物醫(yī)學中的應用12-13
• 1.3 生物醫(yī)學材料及性能評價13-18
• 1.3.1 生物醫(yī)用材料的分類13-15
• 1.3.2 醫(yī)用鈦合金的發(fā)展15-16
• 1.3.3 生物醫(yī)用材料的性能評價16-18
• 1.4 生物醫(yī)用鈦合金設計方法18-22
• 1.5 本文立題依據(jù)和研究內容22-25
• 2 激光快速成形生物醫(yī)用鈦合金的成分設計25-30
• 2.1 合金體系的選擇25-26
• 2.2 基于團簇理論的新型鈦合金成分設計26-30
• 3 實驗材料與方法30-36
• 3.1 實驗材料30
• 3.2 激光快速成形實驗30-31
• 3.3 顯微組織分析31-32
• 3.4 表面粗糙度測試32
• 3.5 密度測量32
• 3.6 顯微硬度實驗32
• 3.7 彈性模量測試32-33
• 3.8 摩擦磨損試驗33-34
• 3.9 耐蝕性實驗34-36
• 4 激光快速成形Ti-Fe-Sn-Y合金微觀組織36-45
• 4.1 激光快速成形Ti_(70.58)Fe_(29.42)二元合金的微觀組織36-38
• 4.2 激光快速成形Ti_(70.38)Fe_(26.39)Sn_(2.93)Y_(0.3)合金的微觀組織38-41
• 4.3 合金化組元對激光快速成形Ti-Fe-Sn-Y合金組織的影響41-44
• 4.4 本章小結44-45
• 5 合金化組元對Ti-Fe-Sn-Y合金性能的影響45-60
• 5.1 Ti-Fe-Sn-Y合金成形體的表面粗糙度45-46
• 5.2 Ti-Fe-Sn-Y合金成形體的密度46-47
• 5.3 Ti-Fe-Sn-Y合金成形體的顯微硬度47-49
• 5.4 Ti-Fe-Sn-Y合金成形體的彈性模量49-50
• 5.5 Ti-Fe-Sn-Y合金成形體的摩擦磨損性能50-54
• 5.6 Ti-Fe-Sn-Y合金的耐蝕性54-58
• 5.7 本章小結58-60
• 結論60-61
• 參考文獻61-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況66-67
• 致謝67-68

【參考文獻】

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本文編號：755599