3D打印医用钛合金研究进展

钛合金拥有较高的比强度、较好的耐蚀性能与生物相容性,其在医用植入物的应用市场前景十分引人关注。但传统医用钛合金植入物常采取铸造的生产方式,产品种类单一,无法满足“精准医疗”的诊疗目标。3D打印技术以其丰富的加工方式在医用钛合金方面应用优势逐渐凸显。本文介绍多孔医用钛合金的发展历史及3D打印钛合金的制造现状,分析现有3D打印医用钛合金的技术壁垒,并为未来3D打印医用钛合金的发展方向提供建议。

钝性纯Ti在人工海水中的电化学活化行为研究

通过恒电位极化、电化学阻抗(EIS)和动电位扫描曲线,跟踪监测了TA2纯Ti在人工海水溶液中的电化学钝化与特定电位的活化过程,研究了不同海水成分对该过程的影响。结果表明,在1.6 V (SCE)附近出现电流峰,有一定的活化过程。结合SEM和析氧监测结果对电流峰进行了分析,显示1.4～1.6 V (SCE)电位范围内形成的膜层会出现明显缺陷,并且TA2表面没有气泡冒出。Mott-Schottky拟合结果显示,在出现电流峰的电位区间,钛表面膜的半导体性质发生了转变。

Fe含量对Ti-xFe-B合金铸态组织演变及力学性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、维氏硬度仪和电子拉伸试验机等分析测试方法,系统地研究了Fe元素含量变化对Ti-x Fe-B(x=1%~5%,质量分数)合金铸态组织演变及力学性能的影响。结果表明:在Fe含量1%~3%时,合金组织由片层状α相和少量β相组成,当Fe含量增加至4%~5%时,合金组织的组成中β相增加显著,同时随着Fe含量从1%增至5%,析出化合物中Fe元素含量上升,α相晶粒尺寸下降了56.5%;随着Fe含量增加,合金力学性能改变显著,维氏硬度增加了45.7%,抗拉强度由502 MPa增加至834 MPa,且合金塑性下降明显,断面收缩率从30.4%下降至9.5%,断裂伸长率由19.4%下降到7.9%。结果显示,当Fe含量在3%~4%时,合金可以达到强度和塑性的最佳匹配,具有更大的开发潜力。

激光选区熔化TC4钛合金点阵结构的压缩性能

通过增材制造成型复杂晶格结构,实现航空航天结构件的轻量化设计得到越来越多的应用,然而点阵结构设计及其性能评价仍欠缺。本研究采用金刚石结构为基体,以点阵密度、结构形式为目标,设计不同几何参数试样,并以TC4钛合金为对象进行激光选区熔化(SLM)成型。对成型试样进行压缩试验,研究这种结构不同尺寸试样压缩性能的差异。结果表明:金刚石点阵结构试样受到载荷后应力在连接节点位置集中,产生断裂。提高晶胞密度可以缓解应力集中现象,提高比强度。减小晶胞尺寸和添加外壳都可以使应力均匀化,提高性能稳定性。小晶胞尺寸试样对球化现象、孔隙等冶金缺陷较为敏感,造成强度的下降。