基于选区激光熔化成型生物医用Ti-6Al-4V合金的工艺与性能研究

摘要：

Ti-6Al-4V合金具有强度高、抗蚀性优异、生物相容性好等优点,常用于制造医用多孔的植入体材料,但对多孔材料结构的成型工艺有一定的约束.基于选区激光熔化成型技术(Selective Laser Melting,SLM),结合自行设计的拓扑优化多孔网格结构,按照拓扑优化的结果重新建模成单元结构,进行了3组特殊结构(螺旋结构、拱形桥结构、薄壁件与小孔)的制造实验,并且分析对比了热处理前后SLM制造的Ti-6AL-4V合金的显微组织和拉伸性能.研究结果表明,SLM成型的三种螺旋结构中,除30°螺旋结构以外,其他两种都能够完整成形,满足拓扑单元结构成形角度(≥45°)的制造,30°螺旋结构通过在迎向刮刀锐角面下加少量支撑也能成形;拱形桥实验中,能够完整成型不发生塌陷的最大拱桥尺寸为φ=8 mm,推导出最大的可悬垂长度为0.70 mm,满足拓扑单元结构最大拱桥尺寸(8 mm)要求;壁厚为0.10 mm的薄壁结构由于激光光斑尺寸的约束,成形尺寸增大了0.05 mm,可能会造成1 mm边长尺寸成单元拓扑结构孔隙率的减小;小孔实验成形最小孔径为0.10 mm,满足多孔拓扑优化结构最小孔制作要求;SLM制造直接态和热处理态Ti-6Al-4V合金试样基本的力学性能均能达到ISO制定力学性能标准,且超过铸造态的水平,但延展性能仍不及锻件.热处理态比直接态的延展性好,直接态组织为针状的a”相马氏体组织;当热处理温度达到750℃时,a”相会开始发生扩散分解,从而在相界面析出白色的β相小颗粒.

关键词：Ti-6Al-4V合金、选区激光熔化成型、显微组织、多孔网格结构

所属期刊栏目：37

分类号：TN249(光电子技术、激光技术)

在线出版日期：2017-06-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：199-206