磨料水射流作用下口腔种植修复体表面处理数值仿真与实验研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:syw2565
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作为牙缺损修复的一种先进技术,口腔种植术目前已在医学领域得到广泛应用。钛及钛合金具有机械性能好、密度小、毒性低和生物相容性优良等优点。是理想的口腔种植体金属材料,为了使钛及钛合金与人体环境具有更好的相容性替代原有失效组织发挥功效,需要对植入体进行表面处理,改变其表面形貌和性能。论文采用磨料水射流对种植体进行表面处理,通过冲蚀数值仿真与实验相结合的方法,针对钛合金口腔修复种植体基台进行表面处理研究,分析喷嘴直径、射流靶距、射流压力、磨料浓度和磨料直径等参数对种植体表面处理效果的影响,具体内容如下:基于磨料水射流基本参数和材料去除机理,在冲蚀机理方面阐述了流场初始段、主体段和消散段的特点,分析了单颗粒和多颗粒对金属的侵蚀机理。结果表明:采用磨料水射流垂直打击可在不影响种植体基台配合精度的情况下获得疏松粗糙的表面。建立了磨料水射流表面处理三维流场模型,基于离散相模型(DPM)模拟冲蚀过程,针对冲蚀范围和冲蚀率特性进行研究。结果表明:喷嘴直径和射流靶距越大冲蚀范围越大,冲蚀率越低;射流压力和磨料浓度对冲蚀范围影响不大,射流压力越大冲蚀率越大,磨料浓度越大冲蚀率越大;磨料直径减小冲蚀范围略有增大,冲蚀率减小。当靶距为30mm,喷嘴直径为2mm,压力为0.5MPa,磨料浓度为25g/L,磨料目数为150目时为去除车削痕迹最佳处理参数。当靶距为30mm,喷嘴直径为2mm,压力为0.3MPa,磨料浓度为10g/L,磨料目数500目时为表面改性提高生物相容性最佳处理参数。搭建了磨料水射流表面处理试验台并进行实验研究,对试样表面形貌、表面粗糙度、表面硬度和润湿角等重要特性进行测量并与数值仿真对比分析。结果表明:表面处理参数和磨料参数会对表面粗糙度产生重要影响,为了获得理想的表面粗糙度需要合理优化处理参数和磨料参数。采用磨料水射流处理后金属表面硬度有所提高,平均硬度由30.00HBC提高到了35.48HBC,表面润湿角得到改善,1000目处理后润湿角从76.8°降低到了24.1°,采用1000目、2000目和3000目的磨料可获得最优润湿角。进一步进行口腔种植体基台表面处理实验,表面处理后基台所残留粗加工痕迹完全消除并且形成疏松粗糙的表面。
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