發(fā)布時(shí)間：2023-10-12 03:00

　　針對(duì)增材制造技術(shù)成形醫(yī)用鈦合金骨科植入物中存在的主要問題,本文首先提出通過孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和組織調(diào)控來改善醫(yī)用多孔Ti-6A1-4V合金的壓縮脆性,消除臨床使用過程中的安全隱患;同時(shí),以新一代的低模量醫(yī)用(Ti_69.71Nb_23.72Zr_4.83Ta_1.74)100_-xSi_x合金為研究對(duì)象,提出采用粉床電子束增材制造技術(shù),系統(tǒng)開展粉末制備、成形工藝與組織性能的全增材制造工藝流程研究,從而獲得低模量、高強(qiáng)度的醫(yī)用β鈦合金骨科植入物及其組織性能調(diào)控方法的整體思路,為兼具生物相容性和力學(xué)相容性的個(gè)性化骨科植入物的制備提供一種全新的方法。首次通過引入β單相區(qū)熱處理解決了增材制造技術(shù)成形醫(yī)用多孔Ti-6A1-4V合金脆性斷裂的問題。當(dāng)壓縮變形量超過50%時(shí),熱處理后的樣品內(nèi)未發(fā)現(xiàn)任何的局部斷裂。β單相區(qū)熱處理后形成的粗大魏氏組織以及竹節(jié)狀晶粒,導(dǎo)致母材斷裂韌性大幅提高,是醫(yī)用多孔Ti-6A1-4V合金壓縮變形行為發(fā)生改變的主要原因。采用等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化技術(shù),實(shí)現(xiàn)了SEB...

【文章頁數(shù)】：137 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究目的與意義
    1.2 醫(yī)用鈦合金的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 人體骨的結(jié)構(gòu)與性能
        1.2.2 鈦及鈦合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        1.2.3 醫(yī)用鈦合金的發(fā)展歷史
        1.2.4 醫(yī)用鈦合金植入物的制備方法
    1.3 增材制造技術(shù)制備醫(yī)用鈦合金的研究及發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 增材制造技術(shù)的基本原理及分類
        1.3.2 粉末床熔融技術(shù)的基本原理及工藝特點(diǎn)
        1.3.3 增材制造技術(shù)成形醫(yī)用鈦合金的組織與性能
    1.4 增材制造技術(shù)制備醫(yī)用多孔鈦合金的研究進(jìn)展
        1.4.1 增材制造技術(shù)制備醫(yī)用多孔鈦合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        1.4.2 增材制造醫(yī)用多孔鈦合金的力學(xué)性能
        1.4.3 增材制造醫(yī)用鈦合金植入物的臨床應(yīng)用效果
    1.5 論文主要研究思路和主要研究內(nèi)容
        1.5.1 主要研究思路
        1.5.2 主要研究內(nèi)容
第2章 實(shí)驗(yàn)方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料
        2.1.1 Ti-6A1-4V合金粉末的基本性能
        2.1.2 TNZT-xSi合金粉末的制備與基本性能
    2.2 主要使用的成形設(shè)備及參數(shù)
        2.2.1 Arcam A2型粉床電子束增材制造系統(tǒng)
        2.2.2 Y150型粉床電子束增材制造系統(tǒng)
        2.2.3 熱處理設(shè)備
    2.3 樣品的制備與檢測
        2.3.1 樣品表觀密度
        2.3.2 光學(xué)顯微下的微觀形貌
        2.3.3 掃描電子顯微鏡和電子背散射衍射
        2.3.4 透射電子顯微鏡
        2.3.5 X射線衍射
        2.3.6 顯微硬度測試
        2.3.7 室溫力學(xué)性能
        2.3.8 彈性模量
        2.3.9 化學(xué)成分檢測
第3章 組織結(jié)構(gòu)對(duì)多孔Ti-6Al-4V合金力學(xué)性能及變形模式的影響
    3.1 引言
    3.2 點(diǎn)陣型多孔鈦合金的孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.2.1 八面體點(diǎn)陣單元的基本性質(zhì)
        3.2.2 理論相對(duì)密度測算
    3.3 實(shí)驗(yàn)過程
        3.3.1 SEBM技術(shù)成形多孔Ti-6Al-4V樣品
        3.3.2 組織性能分析方法
    3.4 結(jié)果與討論
        3.4.1 SEBM成形多孔Ti-6Al-4V合金的工藝及孔隙特征
        3.4.2 熱處理對(duì)多孔Ti-6Al-4V合金微觀組織的影響
        3.4.3 熱處理對(duì)多孔Ti-6Al-4V合金力學(xué)性能的影響
        3.4.4 熱處理對(duì)多孔Ti-6Al-4V合金變形模式的影響
        3.4.5 組織結(jié)構(gòu)對(duì)多孔Ti-6Al-4V合金壓縮變形行為影響機(jī)制的討論
    3.5 本章小結(jié)
第4章 SEBM技術(shù)成形TNZT-xSi合金的工藝、組織與力學(xué)性能研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)過程
        4.2.1 SEBM成形TNZT-xSi合金樣品
        4.2.2 微觀組織與性能表征
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.3.1 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用TNZT-xSi合金工藝窗口的確定
        4.3.2 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用TNZT-xSi合金的物相組成
        4.3.3 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用TNZT-xSi合金的微觀組織
        4.3.4 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用TNZT-xSi合金的力學(xué)性能
        4.3.5 熱處理對(duì)TNZTS-5Si合金組織與性能的影響
    4.4 結(jié)果討論
        4.4.1 制備方法對(duì)TNZT-xSi合金微觀組織的影響
        4.4.2 TNZT-xSi合金微觀組織演變規(guī)律的討論
        4.4.3 TNZT-xSi合金強(qiáng)化機(jī)制的探討
        4.4.4 S2相特征對(duì)TNZT-5Si合金彈性模量的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 TNZTS-xSi合金在人體模擬體液中的耐腐蝕及摩擦磨損性能研究
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)過程
        5.2.1 測試樣品的制備
        5.2.2 電化學(xué)測試儀器與方法
        5.2.3 電化學(xué)腐蝕后合金表面氧化膜的組成分析
        5.2.4 摩擦磨損性能的測試
    5.3 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用鈦合金在SBF溶液中的耐腐蝕性能
        5.3.1 開路電位
        5.3.2 電化學(xué)阻抗譜
        5.3.3 動(dòng)電位極化曲線
        5.3.4 電化學(xué)腐蝕后的形貌分析
    5.4 電化學(xué)腐蝕后鈦合金表面鈍化膜組成分析
    5.5 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用鈦合金的摩擦磨損性能
        5.5.1 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用鈦合金的摩擦磨損性能
        5.5.2 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用鈦合金的摩擦磨損機(jī)制
    5.6 本章小結(jié)
第6章 醫(yī)用多孔TNZT-xSi合金的制備與性能研究
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)過程
        6.2.1 多孔TNZT-xSi合金樣品的制備
        6.2.2 組織性能分析方法
    6.3 醫(yī)用多孔TNZT-xSi合金的制備與性能
        6.3.1 醫(yī)用多孔TNZT-xSi合金的工藝及孔隙特征
        6.3.2 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用多孔TNZT-xSi合金的微觀組織
        6.3.3 SEBM技術(shù)成形醫(yī)用多孔TNZT-xSi合金的力學(xué)性能
        6.3.4 多孔TNZT-xSi合金的壓縮變形行為研究
        6.3.5 合金材質(zhì)對(duì)點(diǎn)陣型多孔材料力學(xué)性能影響的探討
    6.4 組織結(jié)構(gòu)對(duì)多孔TNZT-xSi合金性能的影響
        6.4.1 熱處理對(duì)多孔鈦合金微觀組織的影響
        6.4.2 熱處理對(duì)多孔TNZT-xSi合金表面粗糙度的影響
        6.4.3 熱處理對(duì)多孔醫(yī)用TNZT-xSi合金力學(xué)性能的影響
        6.4.4 微觀組織對(duì)多孔TNZT-xSi合金壓縮變形行為影響的探討
    6.5 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果
致謝



本文編號(hào)：3853318