本文關(guān)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(chǔ)上,利用激光熔化沉積直接制造出高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的先進(jìn)制造技術(shù)。利用該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)用種植體的個(gè)性化設(shè)計(jì)與制造,具有高柔性、短周期、低成本等諸多優(yōu)點(diǎn),可預(yù)見其在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)材料制造領(lǐng)域的巨大潛力。目前,國(guó)內(nèi)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(shí)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(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。本文基于“團(tuán)簇+連接原子”結(jié)構(gòu)模型,以Ti-Fe二元共晶合金的團(tuán)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(shè)計(jì)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(shù)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(jì)、顯微硬度計(jì)、納米壓痕儀、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和電化學(xué)工作站,系統(tǒng)研究了合金化組元含量對(duì)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(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dāng)Sn添加量超過4.40 at.%時(shí),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(duì)稱偽共晶區(qū)偏向高熔點(diǎn)p-Ti一側(cè),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(zhuǎn)變,其中Sn添加量為4.40 at.%時(shí),成分非常接近共晶點(diǎn),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(shí)達(dá)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(shí)達(dá)到最低值,較Ti70.58Fe29.42合金成形體降低35%。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)研究表明,合金成形體的主要磨損機(jī)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(shí)達(dá)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(xué)實(shí)驗(yàn)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(guān)鍵詞】：激光快速成形 成分設(shè)計(jì) 鈦合金 組織 性能
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(shù)9-13
• 1.2.1 激光快速成形技術(shù)的分類11-12
• 1.2.2 激光快速成形在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用12-13
• 1.3 生物醫(yī)學(xué)材料及性能評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)16-18
• 1.4 生物醫(yī)用鈦合金設(shè)計(jì)方法18-22
• 1.5 本文立題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容22-25
• 2 激光快速成形生物醫(yī)用鈦合金的成分設(shè)計(jì)25-30
• 2.1 合金體系的選擇25-26
• 2.2 基于團(tuán)簇理論的新型鈦合金成分設(shè)計(jì)26-30
• 3 實(shí)驗(yàn)材料與方法30-36
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料30
• 3.2 激光快速成形實(shí)驗(yàn)30-31
• 3.3 顯微組織分析31-32
• 3.4 表面粗糙度測(cè)試32
• 3.5 密度測(cè)量32
• 3.6 顯微硬度實(shí)驗(yàn)32
• 3.7 彈性模量測(cè)試32-33
• 3.8 摩擦磨損試驗(yàn)33-34
• 3.9 耐蝕性實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jié)44-45
• 5 合金化組元對(duì)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(jié)58-60
• 結(jié)論60-61
• 參考文獻(xiàn)61-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-68

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐偉;賴銘;于博;李松建;高巖;;硼對(duì)醫(yī)用Ti-22Nb-6Zr記憶合金的顯微組織及性能的影響[J];稀有金屬材料與工程;2015年12期

2 董亮;何星;;生物醫(yī)用材料的研究進(jìn)展及發(fā)展前景[J];世界復(fù)合醫(yī)學(xué);2015年04期

3 梅建國(guó);莊金秋;湯少偉;王艷;馬力;莫玲;沈志強(qiáng);;生物醫(yī)用高分子材料的生物相容性及其表面改性技術(shù)[J];材料導(dǎo)報(bào);2014年19期

4 李群;王清;董闖;王英敏;羌建兵;;亞穩(wěn)β-Ti合金設(shè)計(jì)方法[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2013年05期

5 盧秉恒;李滌塵;;增材制造(3D打印)技術(shù)發(fā)展[J];機(jī)械制造與自動(dòng)化;2013年04期

6 于振濤;韓建業(yè);麻西群;余森;張明華;張于勝;;生物醫(yī)用鈦合金材料的生物及力學(xué)相容性[J];中國(guó)組織工程研究;2013年25期

7 王清;查錢鋒;劉恩雪;董闖;王學(xué)軍;譚朝鑫;冀春俊;;基于團(tuán)簇模型的高強(qiáng)度馬氏體沉淀硬化不銹鋼成分設(shè)計(jì)[J];金屬學(xué)報(bào);2012年10期

8 杜建;丁元法;蘇向東;何力;郝維昌;王天民;;醫(yī)用鎳鈦形狀記憶合金的表面改性及生物相容性[J];中國(guó)組織工程研究;2012年25期

9 董闖;羌建兵;袁亮;王清;王英敏;;合金相的“團(tuán)簇+連接原子”模型與成分設(shè)計(jì)[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2011年10期

10 劉宣勇;;硬組織植入材料表/界面研究進(jìn)展[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2011年01期

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1 龐S，

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