Metalni dijelovi za ubrizgavanje golf glave od legure titana

Tehnologija brizganja metala titanijuma i legura titanijuma (MIM) može realizovati veliku i jeftinu pripremu malih i srednjih proizvoda od titanijuma složenog oblika, što je od velikog značaja za promociju proizvodnje i primene titanijuma i legure titana. proizvodi. Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. je kolekcija brizganja metala od legure bakra, brizganja metala na bazi željeza, brizganja metala na bazi nehrđajućeg čelika, brizganja metala od legure aluminija, brizganja metala od legure nikla, brizganja metala od legure kobalta kalupljenje, brizganje metala od legure volframa Sveobuhvatno visokotehnološko poduzeće koje integrira istraživanje i razvoj, proizvodnju i prodaju brizganja, metalnih dijelova za ubrizgavanje golf glave od legure titanijuma, brizganje metala od cementnog karbida i strukturnih dijelova iz metalurgije praha.

Product Description

1. Standardi implementacije: kompanija striktno implementira ISO9001, ISO14001, IATF16949 certifikat

Proizvodi su prošli certifikaciju ROHS, FDA EU itd.

2. Standardi za materijal proizvoda: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Glavni procesi: brizganje metala MIM, metalurgija praha PM, livenje pod pritiskom, livenje aluminijuma,

4. Dostupni materijali za metalurgiju praha:

Legure bakra, gvožđe, legure titana, baze od nerđajućeg čelika, legure aluminijuma, legure nikla, legure kobalta, volframove legure, cementni karbidi, hidroksi legure, meki magnetni materijali i 3D štampa mogu se prilagoditi prema zahtevima kupaca.

Istraživanje i primjena

Proces brizganja metalnog praha obično uključuje nekoliko osnovnih procesa kao što su priprema materijala za ubrizgavanje, brizganje, odvajanje, sinterovanje i neophodna naknadna obrada.

Kao što je prikazano na slici 1, metalni prah i komponente organskog veziva se miješaju, gnječe i granuliraju kako bi se pripremio materijal za injektiranje, a zatim se materijal za injektiranje ubrizgava u kalup na određenoj temperaturi i pritisku, a nakon hlađenja se izvaljuje u kalup. nabavite određeni materijal za injekciju. Zeleno tijelo oblikovanog proizvoda se zatim podvrgava procesu odljepljivanja kako bi se uklonile sve organske komponente osim metalnog praha sadržanog u zelenom tijelu kako bi postalo odvezano tijelo, a na kraju se sinterira kako bi se dobili metalni dijelovi za ubrizgavanje golf glave od legure titanijuma sa željenim svojstvima.

Tehnologija brizganja metala u prahu ostvaruje organsku kombinaciju injekcijskog prešanja i tradicionalne tehnologije metalurgije praha, nadilazi visoku cijenu procesa obrade, jednostavan oblik tradicionalnog procesa kalupljenja, nisku proizvodnu efikasnost izostatičkog procesa prešanja i injektiranja i tradicionalnog procesa lijevanja. . Nedostaci mnogih defekata i niska preciznost tolerancije uvelike su promovirali proizvodnju i primjenu proizvoda od titana i legura titana (kao što je prikazano na slici 2).

Slika 1 Dijagram toka titanijuma i legura titanijuma koje proizvodi MIM

Slika 2 Primene titanijuma i legura titanijuma koje proizvodi MIM

Sljedeće predstavlja karakteristike i prednosti metalnih dijelova za ubrizgavanje metalne glave od legure titanijuma i rezimira napredak u istraživanju tehnologije brizganja praha titanijuma i legure titanijuma od praškastih sirovina, najčešće korištenih sistema veziva, brizganja, odvajanja i sinterovanja. Postoje glavni problemi i analizira se pravac istraživanja titanijuma i legure titanijuma metalnog praha injekcijskim prešanjem.

1. Status istraživanja titanijuma i legure titanijuma metalnog praha injekcijskim prešanjem

Istraživanja su pokazala da na mehanička svojstva, otpornost na koroziju i biomedicinska svojstva titanijuma i brizganih legura titanijuma u velikoj meri utiču relativna gustina, sadržaj nečistoća, legirajući elementi i mikrostruktura.

Nakon što se proizvod za brizganje sinterira, njegova relativna gustina je oko 95 posto, a postojat će i određeni udio zaostalih pora.

Ove zaostale pore će postati izvor pukotina kada se uzorak lomi i imaju veliki utjecaj na mehanička svojstva materijala kao što su vlačna čvrstoća, duktilnost, žilavost loma i čvrstoća na zamor. Stoga, što je veća relativna gustina proizvoda za brizganje titana i legura titana, njegova mehanička svojstva su bolja.

Elementi nečistoća kao što su kisik, ugljik, dušik, vodik, itd., posebno kisik, povećat će granicu tečenja, vlačnu čvrstoću i tvrdoću materijala i smanjiti duktilnost. Elementi nečistoća se rastvaraju u matrici titanijuma na temperaturi sinterovanja. Pošto ne postoji efikasan redukcioni agens, teško je kontrolisati nečistoće u titanijumu i legurama titana tokom procesa sinterovanja. količina.

Mikrostruktura titana i legura titana, uključujući veličinu zrna i fazni sastav nakon sinterovanja, može uticati na mehanička svojstva materijala. Uzeti zajedno, brizgani materijali titanijuma i legura titanijuma sa odličnim performansama imaju veću gustinu, nizak sadržaj nečistoća (obično sadržaj kiseonika), odgovarajući sastav legure, fina zrna i manje defekata tokom zgušnjavanja.

1.1 Sirovine u prahu

Odabir praškastih sirovina važan je korak u procesu brizganja titanovog praha. Raspodjela veličine čestica i morfologija praha direktno utiču na tečnost i formabilnost materijala za injektiranje, zadržavanje oblika zelenog tijela tokom odvajanja i skupljanje tokom sinterovanja.

Trenutno, najčešće korištene metode pripreme praha titana i legura titana uključuju mehaničku metodu i metodu atomizacije.

Oblik praha dobiven mehaničkim mljevenjem (kao što je mljevenje kuglicama, mljevenje kuglicama za miješanje, visokoenergetsko vibraciono mljevenje kuglicama i mljevenje na mlazu, itd.) je općenito nepravilan ili ugao.

Proces hidrogenizacije dehidrogenizacije (HDH) je da se iskoristi očigledna krhkost titana nakon apsorpcije vodika, da se drobi mehaničkim mljevenjem ili mljevenju u mlazu, a zatim se podvrgne dehidrogenaciji kako bi se dobio titanijum u prahu nepravilnog oblika, kao što je prikazano na slici 3 (a) . Metode atomizacije (kao što su atomizacija inertnog plina, atomizacija rotirajućih elektroda plazma snopom i atomizacija plina za topljenje elektrode indukcijom) mogu se provesti u potpuno inertnoj atmosferi kako bi se održala visoka čistoća sirovog praha, što rezultira sferičnim oblikom i raspodjelom veličine čestica. prilično širok i ima dobra svojstva pakovanja, kao što je prikazano na slici 3(b).

Osim toga, za razliku od tehnologije proizvodnje čeličnog praha, titanijum prah sa finijim česticama je teže proizvesti. Kako se veličina čestica smanjuje, povećava se specifična površina, a povećava se i sadržaj nečistoća.

Obično je veličina čestica titanovog praha koji se koristi u MIM-u manja od 45 μm. Kada je veličina čestica praha prevelika, fenomen odvajanja praha i veziva vjerovatno će se pojaviti tokom procesa ubrizgavanja, što će rezultirati defektima. To se mora u potpunosti uzeti u obzir u dizajnu sastava materijala za injektiranje i dizajna kalupa.

Slika 3 HDH (a) i gas atomizirani (b) prah titanijuma koji se koristi u MIM-u

1.2 Vezivo

Vezivo je nosač koji postoji u fazama tokom procesa brizganja. Njegova glavna funkcija je da prah ispuni kalup jednoliko u tečnom stanju, formira željeni oblik i održava ga do faze predsinterovanja.

U procesu brizganja, vezivo treba da ima sledeće karakteristike: nisku tačku topljenja, dobru kvašenje na čestice praha i brzo očvršćavanje, što je pogodno za pripremu materijala za injektiranje; dobra fluidnost na temperaturi ubrizgavanja; nakon oblikovanja Može se lako ukloniti sa zelenog tijela, ima manje ostataka tvari, a proizvodi raspadanja su netoksični i nekorozivni.

Općenito, komponenta veziva sadrži barem primarnu komponentu i sekundarnu komponentu:

Glavna komponenta se koristi za vlaženje čestica metalnog praha i obezbjeđivanje potrebne fluidnosti, dok sekundarna komponenta osigurava da tijelo injektiranja ima dovoljnu čvrstoću tokom procesa injektiranja i nakon uklanjanja glavne komponente veziva.

U većini slučajeva, sistem veziva ima treću komponentu, kao što je surfaktant, za poboljšanje kompatibilnosti između metalnog praha i polimera.

Prema glavnim komponentama adhezivnih komponenti, najčešće korišćeni sistemi lepka mogu se podeliti na sisteme na bazi voska, sisteme na bazi aromatičnih jedinjenja, sisteme na bazi polioksimetilena i sisteme na bazi vode.

1.2.1 Ljepilo na bazi voska

Uobičajeni voskovi za sistemska veziva na bazi voska uključuju nekoliko kratkolančanih polimera kao što su parafin, pčelinji vosak i palmin vosak. Imaju niske tačke topljenja, dobru kvašenje, kratke molekularne lance i nisku viskoznost, a njihove promjene volumena su manje od ostalih polimera kada se razlažu. , što je korisno za osiguravanje točnosti dimenzija proizvoda.

Uobičajene sekundarne komponente sistema na bazi voska su polipropilen, polietilen, kopolimer etilen-vinil acetata i polimetil metakrilat visoke molekularne težine, itd. Pored voska i veziva za kičmu, površinski aktivna sredstva, kao što je stearinska kiselina, koriste se za poboljšati kompatibilnost između praha i polimera.

Najraniji sistem veziva na bazi voska o kojem je prijavljen u literaturi bio je Kaneko et al. koristeći parafin-poli-n-butil metakrilat-etilen vinil acetat kopolimer-dibutil ftalat kao vezivo za miješanje s titanovim prahom za pripremu materijala za injekcije. , opterećenje prahom od 56 posto, i sinterovano na 1300 stepeni i 1,3 Pa nakon odvajanja. Dobiveni sinterirani uzorak ima relativnu gustoću od 94 posto i tlačnu čvrstoću od 1000 MPa, ali gotovo da nema duktilnosti zbog previsokog sadržaja nečistoća.

proučavao proces odvajanja u dva koraka koji kombinuje vakuumsko razdvajanje i odvajanje u atmosferi argona, što je značajno smanjilo sadržaj ugljenika i kiseonika u sinterovanim delovima.

Guo et al. zamenio deo parafina polietilen glikolom sa boljom kvašenjem, razvio sistem vezivanja parafin-polietilen glikol-polietilen-polipropilen-stearinska kiselina i koristio ga u brizganju čistog titana i legure titan-aluminijum-vanadijuma, sinterovanih delova imaju dobro zadržavanje oblika i male fluktuacije dimenzija. Zbog smanjenja sadržaja kisika i ugljika, performanse su također značajno poboljšane, a postižu se i bolje performanse.

Osim toga, neki istraživači koriste palmin vosak da djelomično zamjene parafin, a palmino ulje da u potpunosti zamjene parafin [14] za sisteme veziva na bazi voska, a efekat formiranja je također vrlo dobar, ali zato što je element kisika sadržan u samom palminom vosku također Izvor kiseonika, pa je sadržaj ugljenika i kiseonika u finalnom proizvodu nešto veći, a mehanička svojstva nisu tako dobra kao parafinski sistem.

Optimalni sistem veziva na bazi voska koji je objavljen u literaturi predložili su Friederici et al. . Tokom eksperimenta, omjeri parafina, polietilena niske gustine i stearinske kiseline su podešeni tako da se formiraju četiri omjera veziva. Procesom formiranja, odvajanja i sinterovanja različitih materijala za injektiranje dobijeni su uzorci relativne gustine od 98,1 posto i hemijskog sastava koji zadovoljava sekundarni čisti titanijum.

Sistem veziva na bazi voska zauzima važnu poziciju u brizganju, ali pošto sistem veziva na bazi voska koristi organske rastvarače za odvajanje rastvarača i ima nisku efikasnost odmašćivanja, istraživači nastavljaju da inoviraju na ovoj osnovi i razvijaju nove lepkove. agentski sistem.

1.2.2 Ljepila na bazi aromatičnih jedinjenja

Aromatična jedinjenja (kao što su naftalen, antracen, itd.) mogu se rastvoriti na veoma niskim temperaturama. U uslovima niskog pritiska, mogu se direktno transformisati iz čvrstih materija u gasove sublimacijom na temperaturi nižoj od njihove tačke topljenja. Aromatična jedinjenja se koriste kao veziva. Odvajanje može značajno poboljšati efikasnost procesa odvajanja.

Weil et al. korišćena aromatična jedinjenja u brizganju titanijum praha. U njegovom istraživanju, guste legure titan-aluminijum-vanadij i porozne legure titan-aluminijum-vanadijuma su pripremljene korišćenjem naftalena, 1 procenta stearinske kiseline i 3 procenta -12 procenta etilen vinil acetata kopolimera kao veziva.

Tokom eksperimenta, budući da je naftalen direktno sublimiran u gas i ispušten, nije se pojavila tečna faza tokom procesa odvajanja, a zapremina uzorka se nije menjala, a za razliku od odmašćivanja rastvaračem, površinska energija uključena u metodu sublimacije bila je niska, što je značilo uobičajenu defekata odmašćivanja kao što je deformacija. , pucanje i sl. može se izbjeći, eksperimentom je konačno dobivena relativna gustoća sinterovanog uzorka 96,6 posto, a sadržaj ugljika se nije povećao.

Iako je sistem veziva postigao odlične performanse proizvoda, aromatična jedinjenja u sistemu i dalje imaju uticaj na životnu sredinu i fizičko zdravlje i nisu praćena istraživanjima i primenama velikih razmera.

1.2.3 Ljepilo na bazi POM-a

Polioksimetilen je prvi put korišćen u sistemu lepka od strane Celanese Corp 1984. godine, a zatim ga je razvio BASF, što je omogućilo da komponente lepka ne sadrže vosak i komponente male molekularne težine.

Polioksimetilen je glavna komponenta vezivnog sistema, a polietilen (PE) se postepeno dodaje kao skeletno vezivo u kasnijem procesu razvoja.

Na osnovu ovog sistema veziva, BASF trenutno formira smjese za injekcijsko prešanje koje pokrivaju širok spektar materijala uključujući niskolegirane čelike, nehrđajuće čelike, alatne čelike, titanijum i legure titana i keramiku.

Izvanredna karakteristika polioksimetilena je da je osjetljiviji na kisele reagense i podložan je kiselom raspadanju. Stoga, tretiranjem zelenog tijela u kiseloj atmosferi nižoj od temperature omekšavanja, polioksimetilen je u čvrstom stanju, čime se izbjegavaju nedostaci kao što su pukotine i ekspanzija uzrokovana ključanjem komponenti veziva, te ima male deformacije i dobro zadržava oblik. . Precizna kontrola veličine.

Osim toga, zbog velike stope difuzije, u usporedbi s drugim metodama odmašćivanja, brzina odmašćivanja je veća, što može doseći 10 puta veću brzinu odljepljivanja od tradicionalnih otapala, dok omogućava odvajanje deblje veličine.

Iako sistem ljepila na bazi POM-a ima mnoge od gore navedenih prednosti, ima i mnoge nedostatke.

Korozivna para azotne kiseline se često koristi kao katalizator u procesu katalitičkog odvajanja. S jedne strane, polioksimetilen se može razgraditi tokom faza pripreme prije ubrizgavanja i brizganja, što rezultira visoko toksičnim formaldehidom, a produkti raspadanja moraju biti spaljeni u dva koraka. S druge strane, kisela atmosfera koja igra katalitičku ulogu je korozivnija za opremu i zahtijeva više ulaganja.

1.2.4 Ljepila na bazi vode

Rastvarači za odvajanje (kao što su heptan i heksan) ili produkti razgradnje komponenti veziva (aromatični monomeri i formaldehid) koji se koriste u gore navedenim sistemima veziva su manje ili više štetni za okolinu i operatere. Stoga je od velikog značaja razviti sistem veziva koji koristi ekološki prihvatljive rastvarače.

Postojeći ekološki prihvatljivi sistemi veziva koriste vodu kao rastvarač za odvajanje.

Prema različitim ulogama vode u pripremi materijala za injekcije, ovakvi sistemi veziva se mogu podijeliti u dva tipa: na bazi gela i bez gela.

Uobičajeni polimer za sisteme bez gela je polietilen glikol, koji ima bolja svojstva, jeftin je i lako dostupan. Polietilen glikoli male molekularne težine mogu se brzo i skoro potpuno ukloniti na 60 stepeni, a molekulske težine obično korištenih polietilen glikola kreću se od 500 do 2000. Uobičajeno korišćeno osnovno vezivo je polimetil metakrilat sa molekulskom težinom od 10.000.

koristio je u vodi rastvorljivu vezivu komponentu polietilen glikol–polimetil metakrilat–stearinska kiselina pri punjenju praha od 69 posto.

U eksperimentu je polietilen glikol u potpunosti uklonjen u vodi na 55 stepeni tokom 5 h, a polimetil metakrilat je u potpunosti uklonjen u vrućem odvezanom toku argona na 440 stepena. Konačni sadržaj kisika (maseni udio) u pripremljenim uzorcima bio je 0,2 posto, odgovarajuća vlačna čvrstoća je bila 850~880 MPa, a istezanje je bilo 8,5 posto ~16 posto, što je zadovoljilo ASTM grade 5 Ti standard.

Većina veziva na bazi gela su prirodne supstance, kao što su celuloza, škrobni agar itd.

Tokura je koristio agar za zamjenu polimernog veziva u titanijumskom prahu za injekcijsko prešanje i proučavao termičku stabilnost, rastvorljivost i injekcioni viskozitet vezivnog sistema.

Izvještaj o metalnom prahu (MPR) izvijestio je o studiji o proizvodnji oralnih implantata od legure titana korištenjem ljepila na bazi agara, koji su se sastojali od agara, vode i materijala za ojačavanje gela.

Suzuki i saradnici su pripremili uzorke relativne gustine od 97,3 posto korištenjem veziva koje sadrži 4 posto masenog udjela agara (molekulska težina 82 500), maseni udjeli ugljika i kisika u uzorcima bili su 0.33 posto i 0.3 procenta, respektivno, a granica tečenja je bila 539 MPa. , istezanje je oko 10 posto. Eksperimentalni rezultati pokazuju da kada se koristi agar visoke molekularne težine, čvrstoća gela se povećava, ali je veći sadržaj zaostalog ugljika i kisika, što rezultira smanjenjem gustoće sinteriranih sinteriranih dijelova, te manjom vlačnom čvrstoćom i istezanjem.

Veziva na bazi vode koja nisu na bazi gela su laka za kontrolu, oprema za odmašćivanje je jeftinija od drugih metoda odmašćivanja, a veziva su biorazgradiva i netoksična za mikroorganizme, ali tretman otpadnih voda za odmašćivanje zahtijeva dodatne troškove.

Kontrola veličine konačnih dijelova proizvedenih materijalom za ubrizgavanje vezivnog sistema na bazi gela je teška, a sastav nije dovoljno stabilan, a procesni uvjeti i kontrola kvaliteta su teški, a daljnja istraživanja i optimizacija su i dalje potrebni.

1.3 Injekciono prešanje, odvajanje i sinterovanje

Parametri procesa brizganja određuju se svojstvima materijala za brizganje i geometrijom ciljanog proizvoda.

Kao što je gore spomenuto, veličina čestica titanovog praha je obično gruba. U poređenju sa injekcijskim prešanjem materijala od nehrđajućeg čelika, lako je proizvesti fenomen odvajanja praha i veziva. Prije brizganja, potrebno je formulirati odgovarajuće parametre procesa oblikovanja u skladu s reološkim svojstvima materijala za ubrizgavanje kako bi se smanjili defekti u oblikovanom tijelu.

[Wang et al.] koristili su leguru Ti–6Al–4V u kombinaciji sa sistemom veziva na bazi voska u prahu za pripremu materijala za brizganje, te su testirali i analizirali reološka svojstva materijala za injektiranje pod različitim opterećenjima praha i temperaturama, pružajući osnovu za formuliranje pogodnog parametri kalupa za proces brizganja. .

Park i dr. koristili su aerosolizirani titanijum u prahu, HDH titanijum u prahu i sferoidizirani HDH titanijum u prahu za pripremu materijala za injektiranje, te izmjerili njihova reološka svojstva i ponašanje odvajanja, te predložili indeks formabilnosti materijala za ubrizgavanje. Performanse su evaluirane, a rezultati analize dali su teorijsku osnovu za istovremenu upotrebu HDH praha i praha u obliku aerosola u sistemu za ubrizgavanje.

Na osnovu procesa eksperimentalne i numeričke simulacije, o optimalnim parametrima procesa za proizvodnju bezdefektnih metalnih brizganih delova sa željenim mehaničkim svojstvima raspravljali su Barriere i suradnici, na osnovu tehnika modeliranja korišćenjem dvofaznih jednačina toka i novog razvoj Eksplicitni algoritam se koristi za realizaciju predviđanja fenomena razdvajanja materijala u procesu injektiranja pomoću numeričke simulacije.

Chen et al. koristio je hidrodehidrodehidrogenacijski Ti–6Al–4V prethodno legirani prah i sistem veziva rastvorljivog u vodi za pripremu materijala za injektiranje, a zatim merio brzinu uklanjanja polietilen glikola, komponente rastvorljive u vodi, u uzorcima različitih debljina na različitim temperaturama, i uspostavio formulu. Za određivanje mehanizma odvajanja vezivnog sistema korišten je matematički model odvajanja kontroliranog difuzijom.

Sidambe et al. koristio je Taguchi metodu za određivanje optimalne kombinacije parametara kao što su optimalna temperatura sinterovanja, vrijeme, brzina zagrijavanja i atmosfera.

Nor et al. koristio sistem veziva od palminog stearina i polietilena za pripremu materijala za injektiranje Ti-6Al-4V i koristio metodu Taguchi za formulisanje optimalnog proizvodnog procesa i na kraju dobio uzorak s granom tečenja od 934,4 MPa i izduženje od 10 posto. Ukupna svojstva ispunjavaju zahtjeve navedene u ASTM B348-02 medicinskim legurama titanijuma.

Obasi i dr. pripremili uzorke Ti–6Al–4V sa svojstvima koja zadovoljavaju zahtjeve ASTM B348–02 legure titanijuma grade 23 i proučavali uticaj promjena u sistemu osnovnih parametara procesa na proces termičkog odvezivanja i sinterovanja Ti–6Al–4V prah MIM komponenti .

Limberg et al. pripremio Ti–45Al–5Nb–0.2B–0.2C miješanjem elementarnih prahova tokom procesa brizganja i proučavao efekte vremena sinterovanja i atmosfere sinterovanja na vlačna svojstva i mikrostrukturu, te dobila svojstva protiv otpornosti. Uzorak vlačne čvrstoće od oko 630 MPa.

Guo et al. pripremio čisti titan i Ti–6Al–4V materijale tehnologijom brizganja, proučavao utjecaj procesa toplinske obrade kao što su vruće izostatičko presovanje i žarenje na svojstva legiranih materijala i kvalitativno karakterizirao učinak toplinske obrade pomoću mikrostrukture i mehaničkih svojstava testiranje. i kvantitativnom karakterizacijom, njegova mikrostruktura je prikazana na slici 4.

Injekcioni materijal se priprema mešanjem praha titanijuma atomizovanog gasom, hidrogenizovanog praha titanijuma i sistema veziva na bazi voska. Nakon brizganja, rastvarač je odvezan u mješavini heptana i etanola, a temperatura se podiže na 350,420°C. Nakon držanja na 600°C vezivo je potpuno uklonjeno, a temperatura sinterovanja je bila 1230°C tokom 3 h. Konačno, vlačna svojstva sinterovanih uzoraka bila su 389-419 MPa, a istezanje 2 posto -4 posto.

Članovi ove istraživačke grupe koristili su gas atomizirani titanijum u prahu i sistem veziva rastvorljivog u vodi za pripremu uzoraka čistog titanijuma i proučavali uticaj temperature sinterovanja i vremena zadržavanja na svojstva uzoraka čistog titanijuma. Vakuum od 3 Pa, temperatura sinterovanja 1350 stepeni, i istezanje od 20,3 posto nakon držanja od 3 h, što je u potpunosti u skladu sa ASTM F{6}} performansama metalurgije praha optimalni uzorak, relativna gustina 96,9 posto, vlačna čvrstoća 443 MPa, biomedicinski stepen II čisti titanijum standard.

Slika 4. Mikrostrukture uzoraka Ti (a) i Ti-6Al-4V (b) pripremljenih sirovinama na bazi voska

2 Novi materijali za brizganje titanijuma i legura titanijuma

Titan i legure titana trenutno se široko koriste u ortopedskim, stomatološkim uređajima i medicinskim implantatima, ali zbog razlike između njihovih mehaničkih svojstava i mehaničkih svojstava ljudske kosti (modul elastičnosti je oko 20 GPa), proizvodi se na kosti. /implant interfejs. Efekat zaštite od stresa, koji rezultira dugoročnim kliničkim efektima, može biti u velikoj mjeri ugrožen, kao što je prikazano na slici 5.

Stoga su istraživači prilagodili mehanička svojstva titanijumskih materijala mijenjajući strukturu i sastav legure titanijumskih materijala kako bi ih približili strukturi i svojstvima prirodnih ljudskih kostiju.

Slika 5. Poređenje modula elastičnosti biomedicinskih legura titanijuma

2.1 Porozni titanijumski materijali i titan-keramički kompoziti

Porozni materijali od titanijuma i novi materijali sistema od legura titanijuma imaju odgovarajuću strukturu pora i mehanička svojstva, i idealni su materijali za implantate za ortopedsku nadoknadu.

S jedne strane, može efikasno smanjiti neusklađenost stresa između implantata i koštanog tkiva, čime se smanjuje efekat zaštite od stresa i ostvaruje trajna i efikasna funkcija implantata; s druge strane, porozna struktura je neophodan uslov za rast koštanih ćelija u implantat. Međusobno povezana porozna struktura može omogućiti prolaz velike količine tjelesnih tekućina, što može dodatno potaknuti rast koštanih ćelija.

Gu et al. formirao je novi tip TC4 legure sa strukturom otvorenih pora dodavanjem TiH2 prahu titan-aluminijum-vanadij elementa kao sredstva za pjenjenje i aktivnog agensa. Distribucija veličine pora je ujednačena, veličina pora je 90~190 μm, a poroznost je oko 43% ~59% . , modul elastičnosti se kreće od 5,8 do 9,5 GPa. Engin et al. [35] koristili su injekcijsko prešanje u prahu (PIM) u kombinaciji s tehnologijom sredstva za formiranje pora za pripremu mikroporoznih legura titanijuma i proučavali uticaj količine polimetil metakrilata agensa za formiranje pora na gustinu i otpornost legure na kompresiju. i modul elastičnosti.

Tuncer et al. koristili atomizirani sferični prah, HDH titanijum u prahu i sistem veziva na bazi voska, dodavanjem određene količine NaCl i KCl kao agenasa za formiranje pora, za proučavanje uticaja početnog praha na performanse konačnog poroznog proizvoda od titanijuma, i dalje podešavanjem sredstva za formiranje pora. Prema dozi agensa može se dobiti porozni materijal od titana potrebne poroznosti i veličine pora medicinskog implantata, a hemijski sastav materijala može zadovoljiti standard tercijarnog čistog titanijuma.

Chen et al. koristio NaCl kao sredstvo za formiranje pora u kombinaciji s hidrogeniranim titanovim prahom za injekciju na bazi voska za pripremu uzoraka za brizganje. Podešavanjem količine NaCl može se formirati komunikaciona rupa unutar dijela za ubrizgavanje, a njegova mehanička svojstva su slična onima spužvaste kosti.

Barbosa i dr. prvi put koristio Fe22Cr prah za ispitivanje reoloških svojstava injekcijskih materijala različitih sistema vezivanja. Prema rezultatima ispitivanja performansi odabran je odgovarajući sistem veziva na bazi voska, a zatim kombinovan sa Ti prahom i sredstvom za formiranje pora NaCl za toplo presovanje i višekomponentno brizganje. , komponenta spinalnog implantata s gustim vanjskim poroznim jezgrom i gradijentom poroznosti pripremljena je odmašćivanjem i sinteriranjem.

Slika 6 Porozna komponenta za brizganje titanijuma koristeći NaCl kao držač prostora

Hidroksiapatit (HA) ima jedinstvene prednosti u zamjeni i rekonstrukciji kostiju zbog svog kemijskog sastava i kristalne strukture kao prirodno ljudsko koštano tkivo, te je počeo da igra sve važniju ulogu u biomedicinskim uređajima. .

Međutim, HA je krt i ima loša mehanička svojstva, tako da se ne može koristiti samo kao nosiva komponenta. Stoga se pojavio novi tip biomedicinskog materijala koji se sastoji od HA i titanijumskog materijala.

Thian et al.] proučavali su pripremu Ti6Al4V/HA kompozita injekcijskim prešanjem. Prvo je kompozitni prah Ti6Al4V/HA pripremljen metodom keramičke precipitacije, a zatim je pripremljeni prah pomiješan sa komercijalnim vezivom PAN-250S da bi se pripremio injekcioni materijal. Ispitivane su reološke osobine materijala za injektiranje i proučavana je brzina zagrijavanja tijekom procesa odljepljivanja. Utjecaj brzine protoka plina atmosfere za odvajanje i atmosfere za odvajanje na defekte odvezanog dijela, količinu uklanjanja veziva i sadržaj zaostalog ugljika; uticaj parametara procesa sinterovanja (brzina zagrevanja, temperatura sinterovanja, vreme držanja, brzina hlađenja itd.) Poroznost dobijenog uzorka je bila oko 50 procenata; Osim toga, analiziran je proces biološke degradacije pripremljenog Ti6Al4V/HA materijala u okruženju tjelesnih tekućina i okarakterisan rezultatima ispitivanja mehaničkih svojstava.

2.2 Novi materijali od legure titanijuma

Područje biomedicine je važna grana primjene titanijumskih materijala, a pravac njegove primjene direktno utiče na trend razvoja titanijumskih materijala.

Rani titanijumski materijali su uglavnom čisti titan (faza), ali čisti titanijumski materijali imaju nisku čvrstoću i slabu otpornost na habanje, a zatim razvijaju visoku čvrstoću i visoku žilavost plus tip koji predstavljaju Ti6Al4V, Ti6Al7Nb i Ti5Al2.5Fe legura.

Aust et al. uspješno proizvedeni koštani vijčani materijali sa odličnim performansama koristeći sistem veziva na bazi Ti6Al7Nb praha i voska (parafin plus PE plus stearinska kiselina), kao što je prikazano na slici 7, sa relativnom gustinom od 97,6 posto, vlačnom čvrstoćom od 815 MPa i prinosom jačine 714 MPa. Izduženje 8,7 posto.

Rezultati istraživanja pokazuju da će elementi legure kao što su Al i V u široko korištenoj leguri titan-aluminij-vanadij i leguri titan-aluminij-niobij otpustiti citotoksične ione Al i V elementa nakon što implantat uđe u ljudsko tijelo, uzrokujući štetu ljudskom tijelu. . .

Kao rezultat toga, istraživači su izvršili seriju razvoja nove generacije sistema legure titanijuma koji sadrži Nb, Ta, Zr, Mo, Sn i druge biosigurnosne elemente bez Al i V elemenata.

Trenutno, bio-titanijumske legure koje su razvijene i istražene uglavnom uključuju Ti-15Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-35Nb-7 Zr-5Ta, Ti-12Mo-6Zr{9}}Fe, Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr i Ti- 29Nb-13Ta-4.6Zr et al [44]. Zbog ograničenja tehnologije mljevenja i drugih aspekata, ovi sistemi legura se rijetko koriste u procesima brizganja praha.

Zhao et al. sproveli eksperimente brizganja pomoću titanijuma u prahu i niobijuma u prahu i uspešno pripremili dvofaznu leguru TiNb sa relativnom gustinom od oko 95 procenata. Ispitivanjem mehaničkih svojstava zelenih tijela, odljepljenih dijelova i sinteriranih dijelova, kao i sinterovanja s različitim sadržajima legure, proučavan je utjecaj sadržaja Nb na mikrostrukturu i mehanička svojstva legure upoređivanjem posmatranja i poređenja. mikrostruktura legure.

Arockiasamy et al. pripremio leguru Ti5Fe5Zr dodavanjem Fe i Zr elemenata u HDH čisti titanijum u prahu i izmjerio mehanička svojstva legure. mehanizam.

Ti6Al7Nb koštani vijak pripremljen od strane MIM-a

3. Outlook

Niska specifična težina, visoka specifična čvrstoća, odlična biokompatibilnost i otpornost na oksidaciju i dobra otpornost na koroziju titanijuma i legura titanijuma čine ih velikom primenom u vazduhoplovstvu, medicini, hemijskoj, automobilskoj i robi široke potrošnje. Razvojni potencijal.

U usporedbi s tradicionalnim tehnikama obrade, kao što su kovanje, lijevanje i obrada, brizganje praha ima očigledne prednosti, ujednačenu kompoziciju legure, visoku stopu iskorištenja sirovina i snažan proizvodni kapacitet velikih složenih dijelova, koji mogu uvelike promovirati proizvodnju titana. i proizvodi od legura titanijuma. i primjena.

Iako je postignut određeni napredak u istraživanju injekcijskog prešanja titana i legura titanijuma, u stvarnom procesu industrijske proizvodnje, cena visokokvalitetnih praškastih sirovina je relativno visoka, transformacija i primena novih visokokvalitetnih sistema od legura titanijuma. brizganje je nedovoljno, a teško je kontrolisati hemijski sastav proizvoda. Niz problema, poput onih većih, tek treba riješiti.

Osim toga, sa brzim razvojem tehnologije mikro-sistema posljednjih godina, potražnja za mikro-kompleksnim komponentama koje se koriste u mikro-sistemima nastavlja da raste. Injekciono prešanje u prahu treba se prenijeti sa tradicionalnih tipova proizvoda na mikroproizvode i razviti u mikro-injektiranje praha. tehnologija formiranja.

Trenutno se većina tehnologija mikrobrizganja fokusira na sisteme polimera, nehrđajućeg čelika i drugih materijala. Još uvijek postoje mnogi problemi koje treba proučavati u mikrobrizganju titana i legura titana.

Stoga bi se razvoj istraživanja ubrizgavanja titanijuma i legura titanijuma trebao fokusirati na istraživanje i razvoj novih sistema legura titanijuma, razvoj jeftine visokokvalitetne tehnologije pripreme praha od legure titana i istraživanje mikrobrizganja titanijuma. materijali pogodni za mikro i složene uređaje.

Uz dubinsko istraživanje tehnologije brizganja titana i legura titana, vjeruje se da će tehnologija titanijuma i legura titana postići veliki napredak, a zatim promovirati brzi razvoj industrije titana.

Post Casting Proces

1. Toplinska obrada: žarenje, karbonizacija, kaljenje, kaljenje, normalizacija, površinsko kaljenje

2. Oprema za obradu: CNC, WEDM, strug, glodalica, mašina za bušenje, brusilica, itd.;

3. Površinska obrada: prskanje prahom, hromiranje, farbanje, pjeskarenje, niklovanje, pocinčavanje, crnjenje, poliranje, plavilo, itd.

Kalupi i pribor za inspekciju

1. vijek trajanja kalupa: obično polutrajan. (osim izgubljene pjene)

2. Vrijeme isporuke kalupa: 10-25 dana, (prema strukturi proizvoda i veličini proizvoda).

3. Alati i održavanje kalupa: Zhongwei je odgovoran za precizne dijelove.

Kontrola kvaliteta

1. Kontrola kvaliteta: stopa neispravnosti je manja od 0.1 posto.

2. Uzorci i probni rad će biti 100 posto pregledani tokom proizvodnje i prije otpreme, pregled uzoraka za masovnu proizvodnju prema ISDO standardima ili zahtjevima kupaca

3. Oprema za ispitivanje: detekcija mana, analizator spektra, analizator zlatne slike, trokoordinatna merna mašina, oprema za ispitivanje tvrdoće, mašina za ispitivanje zatezanja.