【摘 要】
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生物医用钛合金由于其优越的生物相容性、优良的机械性能以及接近人体皮质骨的低弹性模量而具有广泛的医学应用。Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)合金是一种亚稳态型β钛合金,具有强度高、弹性模量低、耐蚀性能优良及耐磨性能好等特点,是一种理想的人造骨植入物生物材料,且已经得到临床医用方面的许可。本文利用选区激光熔化技术(Selective laser melting,SLM)成功制备了混合粉末下亚稳
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生物医用钛合金由于其优越的生物相容性、优良的机械性能以及接近人体皮质骨的低弹性模量而具有广泛的医学应用。Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)合金是一种亚稳态型β钛合金,具有强度高、弹性模量低、耐蚀性能优良及耐磨性能好等特点,是一种理想的人造骨植入物生物材料,且已经得到临床医用方面的许可。本文利用选区激光熔化技术(Selective laser melting,SLM)成功制备了混合粉末下亚稳态β钛合金Ti-12Mo-6Zr-2Fe(TMZF)。首先,本文通过ANSYS软件模拟SLM TMZF单道成形,并通过SLM技术制备TMZF单道试样进行验证,并对SLM TMZF单道试样的成形质量、熔宽、熔深、熔高和单道截面元素分布进行了系统性研究,发现在SLM TMZF单道成形过程中,其温度场分布由激光照射点向周围呈逐渐降低趋势分布。随着线能量密度升高,熔道宽度逐渐增大,熔道逐渐平整且连续。在高能量密度下,其单道表面平整度较好,单道截面呈圆弧状,其单道中元素分布较均匀,存在少量未熔钛粉。然后,通过响应面法分析及低功率参数验证进行SLM参数优化,通过综合对比分析确定了SLM TMZF的最优参数为(100W,500mm/s,0.1mm)。最优参数下SLM TMZF试样物相全为β-Ti相,此时试样的晶粒尺寸较为细小,晶粒的择优取向为<101>方向,且晶内与晶间元素分布存在偏析现象。最后,以最优参数下SLM制备的TMZF试样(100W,500mm/s,0.1mm)为研究对象,对最优参数下SLM TMZF试样的纳米压痕、3.5 wt.%Na Cl溶液中的耐磨性能、生物相容性和3.5 wt.%Na Cl溶液中的电化学腐蚀行为进行了系统性地研究,SLM TMZF试样平均显微硬度为442.1 HV0.2,平均弹性模量为130.94 GPa。在3.5 wt.%Na Cl溶液中的摩擦磨损性能试验中,SLM TMZF试样的平均磨损率为13.24×10-5 mm3/(N?m),TMZF铸造试样的平均磨损率为40.69×10-5 mm3/(N?m),SLM TMZF试样在3.5 wt.%Na Cl溶液中的摩擦磨损性能较好。SLM TMZF试样具有良好的生物相容性。在3.5 wt.%Na Cl溶液中的电化学性能试验中,TMZF铸造试样的Icorr为0.32μA.cm-2,SLM TMZF试样的Icorr为1.07μA.cm-2;TMZF铸造试样表现出比SLM TMZF试样更高的阻抗;SLM TMZF试样的容抗弧半径小于TMZF铸造试样的容抗弧半径。在3.50 wt.%Na Cl溶液中TMZF铸造试样的耐腐蚀性要优于SLM TMZF试样。
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