【摘 要】
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钛合金凭借优良的力学性能、耐蚀性能和生物相容性,在医用植入材料领域应用广泛,因弹性模量远高于人体骨骼,容易引起“应力屏蔽”现象,导致植入体松动。采用电子束增材制造技
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钛合金凭借优良的力学性能、耐蚀性能和生物相容性,在医用植入材料领域应用广泛,因弹性模量远高于人体骨骼,容易引起“应力屏蔽”现象,导致植入体松动。采用电子束增材制造技术制备多孔Ti-6Al-4V可有效降低弹性模量,但表面不可避免的会产生因“粉末黏附”和“球化效应”而导致的未熔融颗粒,使构件粗糙度增大。因此,本文通过研究化学抛光、电化学抛光以及化学磨粒流抛光对电子束增材制造Ti-6Al-4V合金粗糙度、厚度减少量和材料(重量)去除率(MRR)的影响,获得适宜的抛光工艺,并研究了电化学和疲劳行为。研究发现,在氢氟酸溶液中加入适量硝酸可以降低Ti-6Al-4V合金厚度减少量和MRR,同时防止氢脆的发生。以氢氟酸和硝酸为溶液进行化学抛光后,合金表面平坦光滑,无未熔融颗粒存在,粗糙度可达1.651μm。合适的化学抛光工艺参数为5%氢氟酸、10%硝酸和85%水的溶液下抛光5.5h;电化学抛光较合适的工艺参数为4%氢氟酸、8%硝酸和88%水的溶液下抛光3h,抛光后的粗糙度可达5.515μm;化学磨粒流抛光较合适的抛光工艺参数为5.5%氢氟酸、11%硝酸和83.5%水的溶液抛光4h,抛光后粗糙度可达3.545μm。化学抛光后的Ti-6Al-4V合金粗糙度、厚度减少量和MRR都低于其他抛光工艺。通过极化曲线、交流阻抗等电化学测试技术,研究了化学抛光后Ti-6Al-4V合金在模拟人体体液中的电化学性能。结果表明:化学抛光后Ti-6Al-4V合金的极化电阻高于原始合金,腐蚀电流速度明显下降,说明化学抛光提高Ti-6Al-4V合金在人体体液中的耐蚀性。化学抛光后多孔Ti-6Al-4V合金与原始多孔合金的压-压疲劳S-N曲线趋势走向基本一致,在10~7条件下的疲劳极限都为8MPa,化学抛光对多孔Ti-6Al-4V合金的疲劳性能影响不大。从疲劳断口中可以发现明显的疲劳条纹和二次裂纹,不具备韧窝特征,是比较明显的脆性断裂,EBM增材制造过程中生成的针状马氏体α’是影响断裂机制的重要原因。
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