激光选区熔化成形医用多孔Ti6Al4V(ELI)合金工艺及性能研究

发布时间：2024-02-22 01:04

　　骨缺损是一种常见的骨科疾病,大面积的骨缺损往往需要进行手术修复。利用自体骨、异体骨等天然骨替代物进行骨移植无法满足个性化修复的需求。因此,迫切需要针对不同的修复需求,对骨科植入体进行个性化定制。激光选区熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)作为增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)中最有发展前景的方向,具有成形精度高、致密度高的特点,能成形具有复杂结构的工件。Ti6Al4V(ELI)合金比强度高、耐腐蚀性和生物相容性好、弹性模量低等特点,被广泛应用于骨科植入体上。而在植入体内引入多孔结构,则可以解决传统致密植入体与人体骨骼力学性能不匹配的问题。本文针对人体骨骼个性化修复的需求,在SLM技术的基础上,研究了从单熔道到块体的工艺参数优化;进行了不同的多孔结构设计;成形了与设计孔隙率、孔径一致的不同结构多孔Ti6Al4V(ELI)合金,并研究了孔隙率/相对密度、支杆直径对多孔Ti6Al4V(ELI)合金力学性能的影响规律,比较了两种结构对压缩载荷的不同响应;最后研究了不同热处理制度对多孔钛合金压缩变形行为和力学性能的影响。主要研究内容和...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 医用植入体要求
        1.2.1 医用植入体力学性能要求
        1.2.2 医用植入体对结构参数的要求
    1.3 多孔结构制备与增材制造
        1.3.1 传统多孔结构制备方法
        1.3.2 增材制造方法
    1.4 多孔钛合金研究进展
        1.4.1 多孔钛合金应用研究现状
        1.4.2 多孔钛合金结构与性能研究现状
    1.5 课题来源及本文研究内容
        1.5.1 课题来源
        1.5.2 研究目标及思路
        1.5.3 本文研究内容
第二章 实验方法
    2.1 实验材料
    2.2 SLM成形设备及工艺
    2.3 性能检测方法及设备
        2.3.1 粉末粒径分布测量
        2.3.2 松装密度测试
        2.3.3 显微组织观察
        2.3.4 粗糙度及表面形貌测试
        2.3.5 致密度测试
        2.3.6 孔隙率及相对密度测量
        2.3.7 X射线衍射分析
        2.3.8 扫描电镜显微分析
        2.3.9 压缩及拉伸实验
        2.3.10 动态弹性模量
        2.3.11 透射电子显微分析
        2.3.12 耐腐蚀性测试
第三章 SLM成形工艺参数优化
    3.1 单熔道实验
        3.1.1 激光能量简介
        3.1.2 实验设计
        3.1.3 实验结果与分析
    3.2 块体成形实验
        3.2.1 块体致密度测试
        3.2.2 块体拉伸性能测试
        3.2.3 块体粗糙度测试
        3.2.4 电化学腐蚀
    3.3 块体组织形貌分析
        3.3.1 组织形貌分析
        3.3.2 透射电子显微镜(TEM)分析
    3.4 能谱分析
    3.5 本章小结
第四章 多孔Ti6Al4V(ELI)合金制备及性能研究
    4.1 正八面体、菱形十二面体结构设计
        4.1.1 孔径、孔隙率选择依据
        4.1.2 正八面体多孔结构设计
        4.1.3 菱形十二面体多孔结构设计
    4.2 多孔结构制备及基本性能表征
    4.3 正八面体多孔Ti6Al4V(ELI)合金压缩
        4.3.1 压缩变形行为
        4.3.2 抗压强度分析
        4.3.3 能量吸收分析
    4.4 结构对压缩性能的影响
    4.5 动态弹性模量分析
    4.6 本章小结
第五章 热处理对多孔Ti6Al4V(ELI)合金性能的影响
    5.1 热处理组织形貌分析
    5.2 热处理对机械性能的影响
        5.2.1 热处理对动态弹性模量的影响
        5.2.2 热处理对压缩性能的影响
    5.3 能谱分析
    5.4 本章小结
全文总结
工作主要创新点
研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3906162