不规则多孔结构钛合金人体植入物的制备和性能研究

相比规则多孔结构,不规则多孔结构更能较好地模仿实际骨小梁结构。基于Rhion 6软件中GH插件构建了不规则多孔结构模型,并采用激光选区熔化技术(SLM)制备出2组多孔结构植入物样件。对多孔结构样件进行了热处理和力学性能测试,比较热处理前后力学性能变化。实验表明:当不规则度增加时,弹性模量和抗压强度降低;当孔隙率增加时,弹性模量和抗压强度增加。多孔结构样件经过880℃/30 min/FC热处理后,弹性模量无明显变化,抗压强度下降,延展性变好。     

梯度多孔结构钛合金力学性能分析

提出孔径梯度三周期极小曲面(TPMS)多孔结构参数化设计方法,基于螺旋二十四面体(Gyroid)单元构建孔隙率分别为30%、45%、60%和75%的径向和轴向梯度TPMS多孔结构模型。对模型进行有限元分析,根据分析数据建立Gibson-Ashby模型。采用选择性激光熔化成形技术制备孔隙率为60%和75%的多孔结构TC4钛合金样件,采用有限元仿真和压缩试验数据分析孔隙率和孔径梯度方向对多孔结构样件力学性能的影响。Gibson-Ashby拟合曲线表明：随着孔隙率的增大,多孔结构样件的力学性能下降;在相同孔隙率下,径向梯度多孔结构样件的力学性能优于轴向梯度多孔结构样件。压缩试验结果表明：孔隙率为60%的多孔结构样件,其力学性能优于孔隙率为75%的多孔结构样件;在相同孔隙率下,径向梯度多孔结构样件的力学性能优于轴向梯度多孔结构样件。     

丝材电弧增材制造TA15/TC11梯度结构材料的显微组织和力学性能

利用丝材电弧增材制造的方法制备从TA15过渡为TC11的梯度结构材料,并对该梯度结构材料的晶粒形态、化学成分、显微组织和力学性能沿沉积方向的变化情况进行表征和研究.结果表明,从TA15到TC11,晶粒尺寸减小,并且发生从柱状晶到等轴晶的转变.合金元素的含量在短距离内变化很大,突变区的宽度为800μm.TA15区域和TC...     

钛合金变形Gyroid单元梯度多孔结构设计与分析

研究一种具有径向和轴向孔径梯度的变形Gyroid单元多孔结构参数化设计方法,采用激光选区熔化成形(selective laser melting, SLM)技术,制备出孔隙率为60%和75%的钛合金变形Gyroid单元梯度多孔结构样件。使用有限元法(finiteelementmethod,FEM)对4组梯度多孔支架模型及2组均质模型进行静力学仿真分析,对制备的钛合金梯度多孔样件进行力学性能测试,并与已测试过的均质样件进行力学性能对比分析。有限元计算结果与力学性能试验结果共同表明：变形Gyroid单元多孔结构力学性能随孔隙率的升高而降低,孔隙率相同时,径向梯度多孔支架力学性能优于均质多孔支架,更适用于皮质骨的骨缺损修复,轴向梯度多孔支架力学性能相比均质多孔支架有所减弱,更适用于松质骨。     

3D打印钛合金人体植入物的应用与研究

钛及钛合金以其良好的生物相容性,在临床上用于人体硬组织植入和修复。3D打印技术是近年快速发展的特种加工技术,突破了传统加工技术的局限,可实现近净成形,并能够制作出复杂结构,且材料利用率高,设计制作周期短。3D打印技术在个性化外形和内部细微结构加工及快速精确成形方面的巨大优势,使其在医用植入物加工领域备受关注。为此,概述了3D打印成形钛合金人体植入物的优势、应用状况以及3D打印钛合金人体植入物的生物力学适配性能的研究进展,总结了国内3D打印技术在钛合金人体植入物领域的研究现状。     

退火工艺对增材制造TC18钛合金力学性能和组织的影响

采用显微组织观察和力学性能测试等方法研究了退火工艺参数对增材制造TC18钛合金力学性能和组织的影响。结果表明,增材制造TC18钛合金试块宏观形貌平整,表面没有裂纹等缺陷,表面呈均匀的银白色。试样经600 ℃退火保温2 h后的各项力学性能均满足GJB 2744A—2007指标要求,其规定塑性延伸强度为1036 MPa,抗拉强度为1084 MPa,断后伸长率为9.8%,断面收缩率为30%。增材制造TC18钛合金的组织为典型的柱状晶组织,粗大的β相柱状晶粒内为细长的针状α相及编织细密的α+β相板条组织;随着退火温度的升高,β相柱状晶内的针状α相逐渐粗化。     

增材制造可降解金属医用植入物

增材制造技术由于其高精度、高自由度等特点,可赋予医用金属植入物定制化的宏观与微观结构,使植入物与患者待修复缺损部位实现更好的生物力学适配,满足临床治疗个性化方案的需求,并为医用金属植入物的制造提供新途径.可降解金属目前是医用金属的研究热点,增材制造可降解金属医用植入物是个新方向,本文重点对增材制造镁基、锌基、铁基可降解...     

电弧增材制造技术及其在Ti-6Al-4V钛合金中的应用研究进展

以等离子弧为热源,采用交流辅助的方法进行钛合金逐层熔丝增材制造,研究外加交流电流对增材件的微观组织和性能的影响,通过高速摄像观察外加交流电流对熔滴尺寸及熔滴过渡的影响,测量堆垛形貌的粗糙度,观测堆垛层的组织和显微硬度,分析辅助交流电流对堆垛层的压缩性能影响. 结果表明,外加交流电流会形成比较明显的交流电弧,并促使等离子弧摆动,对熔池起到振荡作用. 改善增材件的表面平整度以及增材件的晶粒尺寸,且晶粒尺寸随外加辅助交流的增大而变小,从未加交流到外加交流电流为30 A,晶粒尺寸减少了43.4%. 同时,外加交流电流可以明显提高增材件的硬度以及塑性,当外加交流电流为30 A时,硬度为454.15 HV,压缩应变为0.280%,未加交流电流时硬度为406.45 HV,压缩应变为0.110%,压缩应变比未加交流电流时提高了2.5倍.     

增材制造600℃高温钛合金组织特征及力学性能研究

采用激光增材制造工艺在锻态Ti-6246合金上以不同线能量密度制备600℃高温钛合金（AM-Ti150），结合SEM、XRD及TEM等微观表征及拉伸性能实验，对其沉积层、界面结合区的组织特征以及力学性能进行分析研究，并探讨成形机理。结果表明：AM-Ti150合金沉积层的微观组织为α"马氏体组成的网篮组织，在本研究的线能量密度范围内，随着线能量密度的增大，AM-Ti150合金沉积层的缺陷减少，致密度增大，马氏体片层的宽度增大，室温及高温的抗拉强度和延伸率均增大；当线能量密度为90 J?mm-1时，AM-Ti150合金沉积层的致密度为99.67%，试样室温抗拉强度和延伸率分别为1075 MPa和4.7 %，高温抗拉强度和延伸率分别为808.7 MPa和14.3 %；界面结合区的Ti-6246合金受热源影响形成从上至下不同的非均匀组织，上部由于Al和Mo元素扩散不充分而形成阴影结构，随着线能量密度的增大，Al和Mo元素扩散逐渐充分，阴影结构尺寸减小。     

增材制造技术制备梯度材料研究现状

梯度材料是一种新型复合材料,其组成成分、微观组织和性能在空间上呈梯度变化.增材制造所具有的离散-堆积工艺为梯度材料的制备提供了新的路径,与传统的梯度材料制备工艺相比,增材制造方法可以实现一个或多个方向上梯度材料的制备,同时具有制备复杂结构件的能力.梯度材料增材制造工艺主要包括激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造,...     

稀土LaF3增强型梯度结构多孔钛及其力学性能

采用粉末冶金法制备外层高孔隙率/内层低孔隙率的梯度结构多孔钛,以解决单层多孔钛孔隙率高强度低的问题。梯度双层多孔钛内层孔隙率约为30%,外层孔隙率可达65%以上,孔径范围在100~255μm之间,内/外层孔径和孔隙率呈梯度分布,其抗压强度和弹性模量分别为117.50~143.55MPa和1.95~3.08GPa。在梯度多孔钛外层添加稀土氟化镧进一步提高了其力学性能。当添加量为0.05%(质量分数)时,其抗压强度和弹性模量最高,可达到213.76MPa和3.38GPa。     

SPS制备NiTi表面多孔梯度合金的组织演变与力学性能研究

利用放电等离子烧结技术制备了基体为NiTi、表面为多孔NiTi的生物医用梯度合金,研究了烧结温度对梯度合金的微观结构、显微组织演变、表面孔隙特征及力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度升高,合金由Ti、Ni、Ti_2Ni、Ni_3Ti混合相逐渐演变为以NiTi相为主及少量残留Ti_2Ni、Ni_3Ti相组成的组织,基体与多孔层界面处裂纹及缺陷逐渐减少并形成稳定的冶金结合,内外层晶粒不断细化,但过高的烧结温度会导致多孔层孔隙融合连通,使得梯度结构遭到破坏,同时表面多孔层孔隙率与平均孔径呈缓慢减小趋势;合金压缩弹性模量随烧结温度升高变化不明显,而抗压强度呈显著增大趋势。与块体NiTi合金及多孔NiTi合金相比,所制备梯度合金不仅具有良好的界面结合和表层孔隙特征、较高的抗压强度及较低的弹性模量,还具有优异的超弹性性能。     

新型医用钛合金Ti-12．5Zr-2．5Nb-2．5Ta的研究

按照临床上对外科植入材料的要求和现有医用钛合金存在的问题，制定了新合金设计的原则。确定了新合金添加合金化元素为Zr，Nb，Ta，合金的名义成分为Ti-12．5Zr-2．5Nb-2．5Ta，对新合金进行了组织结构分析与机械性能的测试。实验结果表明：该新型医用钛合金，满足了设计原则中对机械性能的要求。     

骨科植入用TLM钛合金的相转变与力学性能

研究骨科植入用TLM钛合金的相转变过程及其对合金力学性能的影响.结果表明,TLM钛合金固溶后的显微组织为β相和少量细长的α"相,合金经低温300℃至500℃时效的过程中,α相的形成经历β→ω→α、α"→α 2个过程,微观组织揭示出α"马氏体对亚稳ω-相的形成具有一定的阻碍作用.同时TLM钛合金中相结构对降低弹性模量的程度由大到小的顺序为:ω＞α"＞α;相结构对提高强度的作用由大到小的顺序为:ω＞α＞α";而相结构对延伸率的提高由大到小的顺序为:α"＞α＞ω.     

激光增材修复Ti60钛合金显微组织及力学性能

本文对整体叶盘材料Ti60钛合金进行激光增材修复,研究其显微组织及力学性能。结果表明,热影响区组织呈现由基体区双态组织向修复区网篮组织的过渡特征,平均宽度约为900 μm。修复区主要由贯穿多个沉积层的外延生长的柱状晶组成,柱状晶内为分布均匀的α相网篮组织。三个区域内均弥散分布着Ti3(Sn, Al)小平面相,尺寸相近,其形貌和含量却因制备工艺凝固速度的不同而差异明显。三个区域硬度相当。拉伸试样断口特征表明激光增材修复Ti60钛合金的断裂机制为混合型断裂,平均抗拉强度和屈服强度分别为992.4 MPa和916.6 MPa,优于Ti60钛合金锻件强度标准,断后伸长率和断面收缩率的平均值为8.5%和14.6%,与Ti60钛合金锻件标准相差不大,达到实际工程应用要求。     

随焊超声搅拌对铝合金电弧增材制造组织及性能的影响

在5356铝合金电弧增材制造时,采用随电弧同步移动的搅拌针在熔池内施加不同频率（30、40、50kHz）超声搅拌,结果表明：增材层组织与未施加超声搅拌时相比,晶粒细化,柱状晶数目减少,等轴晶数目增加;且随着超声频率增加,晶粒细化更加明显;增材层孔隙率随超声搅拌频率增加呈降低趋势,在30、40、50 kHz时分别为0.73%、0.64%、0.59%,但均高于未加超声搅拌的试样（0.2%）;随着超声搅拌频率增加,增材层强度与塑性均有所提升：增材层的抗拉强度在0、30、40、50 kHz时分别为266.57、278、282、299 MPa,伸长率分别为30.67%、31.54%、35.53%、41.86%。     

钛及钛合金植入体表面微纳结构制备技术及生物性能研究进展

对国内外医用钛及钛合金植入体表面微纳结构制备技术的研究现状进行综述。介绍了喷砂、微切削和激光等机械加工方法,等离子喷涂、溅射等物理方法,酸蚀、碱热处理、阳极氧化等化学处理方法在钛及钛合金植入体表面制备的微纳结构,概述了微纳结构对钛及钛合金植入体生物相容性的影响。最后,总结各种制备方法的优劣,并结合目前医用钛及钛合金植入体表面微纳结构研究中存在的问题,指出了植入体表面微纳结构制备方法的发展趋势。     

梯度孔结构泡沫镍铬合金滤管的制备及性能

以聚氨酯泡沫为前驱体,使用气雾化Ni-20Cr粉末为原料配制水基浆料,采用有机泡沫浸渍工艺制备了具有梯度孔结构的泡沫Ni-20Cr合金滤管。研究了不同烧结温度和装填方式对泡沫金属滤管烧结效果及力学性能的影响,并测试了烧结后泡沫滤管的力学性能和透气性能。结果表明:泡沫素坯经低温预烧+高温烧结的两步烧结工艺后可得到收缩均匀的泡沫合金滤管,孔筋结构均匀、无堵孔且复合界面结合良好。其室温压缩屈服强度大于3 MPa,且随着挂浆量的增加其屈服强度可达4.43 MPa;由于泡沫合金滤管高的孔隙率和大的孔径,且孔结构呈梯度变化,其在气体流量相同的情况下压差明显小于传统粉末冶金烧结多孔管。     

金属表层梯度微结构对力学性能和裂纹扩展的影响

表层梯度结构广泛应用于工程材料,经表面强化技术处理后,零件表层结构呈梯度分布,可以改善零件的服役能力.综述了金属表层梯度微结构对力学性能和裂纹扩展的影响,从微观结构和力学性能的角度,结合非均匀材料中裂纹的扩展行为,考虑了微结构和力学性能之间的相互影响规律,分析了梯度结构中影响裂纹扩展的因素.经表面强化后,材料表面晶粒细...     

Ti-Al-Cr两相钛合金的组织与性能研究

研制了一种Ti-Al—Cr两相钛合金。实验用合金采用真空自耗电弧熔炼,在α＋β两相区锻造成60mm-60mm的方棒。用金相法测试合金相变点为（970±5）℃。为了解热处理制度对合金显微组织和力学性能的影响,合金经过4种工艺制度进行热处理。用金相显微镜观测了不同热处理制度下的组织特征,并测试其力学性能。研究结果表明,相变点以下固溶处理得到双态组织,随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,合金强度升高,塑性呈下降趋势。β固溶处理后得到魏氏组织,合金强度和韧性匹配高于相同热处理条件TC4合金水平。