选区激光熔化成型医用Ti-6Al-4V合金的组织和性能研究

发布时间：2017-11-05 22:33

  本文关键词：选区激光熔化成型医用Ti-6Al-4V合金的组织和性能研究

  更多相关文章： TC4 选区激光熔化 粉末特性 力学性能 生物学性能

【摘要】：选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一种新型增材制造技术,由于采用逐层叠加的加工方法,该技术消除了传统加工方法对几何形状的限制,在制备带内孔的复杂结构和个性化制作等方面具有显著的优势。为降低TC4钛合金医用植入体的弹性模量、减小应力屏蔽、适应不同患者的个体需求等提供了一种有效的解决方案。为此,本文选择了一种高品质的TC4钛合金粉末,对其理化性能进行了测试,并采用SLM技术制备出合金块体,通过对其微观组织、力学性能及生物学性能等的检测分析,发现这种成型件满足生物医用植入材料的要求。论文取得了以下主要研究结论:①本文使用的TC4合金粉末球化程度很高,颗粒表面光滑,粒度范围在3-52μm之间,平均粒度30.65μm,比表面积0.0652m2/g,粉末的松装密度为2.67g/cm3,无流动性,安息角38°。②SLM成型的工艺参数为:激光功率170W,光斑直径0.1mm,扫描间距0.1mm,铺粉厚度0.04mm,扫描速度1.2m/s;成型件致密度达到99.5%;表面粗糙度为上表面(铺粉方向)22.47μm、侧表面(叠加方向)60.13μm。③粉末金相组织为细小的针状α′马氏体。SLM成型TC4的微观组织为细针状α′马氏体,退火后组织有所粗化。打印件侧面的微观组织是由贯穿多个熔覆层呈外延生长的β柱状晶粒组成,正面组织呈网格状特征,与激光扫描途径的层间旋转角度基本吻合。④SLM成型TC4合金主要力学性能为:抗拉强度1202MPa、屈服强度1029MPa、延伸率8.3%、上表面硬度HV402、侧表面硬度HV418。SLM成型件的强度和硬度高于传统铸锻TC4合金,但塑性略低;拉伸断口的微观形貌主要为韧性+准解理特征。⑤在SBF仿生溶液和Ringer’s生理盐液中SLM成型TC4合金相比于传统铸轧工艺制备的TC4合金有着更好的耐蚀性能;退火后的SLM成型TC4合金相比退火前的腐蚀性能有所下降。⑥SLM成型态及退火后的TC4合金的溶血率分别为1.434%、1.389%,小于5%,不会引起急性溶血,表现出较为优良的血液相容性;两种状态合金的细胞毒性均为0级,对成骨细胞没有毒性,呈现出良好的细胞相容性。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08;TG146.23

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本文编号：1146211