【摘 要】
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纯钛因其优越的耐腐蚀性能与生物相容性,使其在生物医用领域得到广泛应用,但是由于纯钛的硬度和强度较低,限制了其应用范围的拓展。本研究将等通道转角挤压(ECAP)技术与激光选区熔化(SLM)技术相结合,成功制备出具有优异力学性能和耐腐蚀性能的纯钛材。采用背散射电子衍射(EBSD)、金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等多种表征手段,对SLM纯Ti和SLM+ECAP纯Ti的微观组
【基金项目】
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陕西省教育厅专项基金(19JK0468)“基于3D打印技术超细晶医用纯钛制备及性能研究”; 陕西省教育厅专项基金(Z20190246);
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纯钛因其优越的耐腐蚀性能与生物相容性,使其在生物医用领域得到广泛应用,但是由于纯钛的硬度和强度较低,限制了其应用范围的拓展。本研究将等通道转角挤压(ECAP)技术与激光选区熔化(SLM)技术相结合,成功制备出具有优异力学性能和耐腐蚀性能的纯钛材。采用背散射电子衍射(EBSD)、金相显微镜(OM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等多种表征手段,对SLM纯Ti和SLM+ECAP纯Ti的微观组织进行了系统地研究,揭示了单道次ECAP变形中SLM打印纯钛的组织演变;对SLM纯Ti和SLM+ECAP纯Ti进行室温拉伸和硬度测试,并在模拟体液和口腔唾液的环境下进行电化学实验,研究了 ECAP变形对SLM纯Ti的力学性能和耐腐蚀性能的影响。主要研究结果如下:SLM纯Ti经ECAP单道次挤压变形,组织明显细化,晶粒尺寸减小约46%,组织呈现边界不平直的板条状,晶粒内部位错密度增加,存在大量的位错缠结区和位错胞。EBSD照片中观察到小角度晶界的比例有所增加;大角度晶界出现不完整的片段,发生连续动态再结晶现象。结合TEM照片发现ECAP变形后出现{10(?)1}<(?)012>压缩孪晶和{10(?)2}<(?)011>拉伸孪晶。织构由典型的C1柱面织构演变为单道次ECAP变形后的B织构,P1基面织构始终存在;极图与反极图的极密度值均有所增加。SLM纯Ti试样经ECAP单道次变形后,屈服强度和抗拉强度的增幅分别达18%和20.4%,而延伸率略有降低;显微硬度从257HV提高到290HV,增幅达13%。这与变形后细晶强化、孪晶强化以及位错密度的增加有关。在模拟体液和口腔唾液的环境中浸泡1小时后,与SLM纯Ti试样相比,SLM+ECAP纯Ti试样的开路电位较高且更早趋于稳定,自腐蚀电流密度(Icorr)较小,极化电阻(Rp)较大。采用Zsimpwin软件,对两种纯钛试样的电化学阻抗谱实验结果进行拟合分析,发现拟合点和实验测量数据点基本重合,吻合结果较好。表明SLM+ECAP纯Ti 比SLM纯Ti在模拟体液与口腔唾液环境下的耐腐蚀性能更好。这与ECAP变形后纯钛试样的钝化膜增厚,电阻增加有关。
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