Metalni dijelovi za ubrizgavanje golf glave od legure titana

Tehnologija injekcijskog prešanja titana i legura titana (MIM) može realizirati široku i jeftinu pripremu malih i srednjih proizvoda od titana složenog oblika, što je od velikog značaja za promicanje proizvodnje i primjene titana i legura titana proizvoda. Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. je kolekcija brizganih metala od legura bakra, brizganja metala na bazi željeza, brizganja metala na bazi nehrđajućeg čelika, brizganja metala od aluminijske legure, brizganja metala od legure nikla, brizganja metala od legure kobalta prešanje, brizganje metala od legura volframa Sveobuhvatno visokotehnološko poduzeće koje integrira istraživanje i razvoj, proizvodnju i prodaju brizganja, metalnih dijelova za brizganje glave golfa od legure titana, brizganja metala od cementnog karbida i konstrukcijskih dijelova metalurgije praha.

Proizvod Deskripacija

1. Standardi implementacije: tvrtka striktno provodi certifikate ISO9001, ISO14001, IATF16949

Proizvodi su prošli certifikaciju ROHS, FDA EU, itd.

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

3. Glavni procesi: injekcijsko prešanje metala MIM, metalurgija praha PM, livenje po investiciji, lijevanje aluminija pod pritiskom,

4. Dostupni materijali za metalurgiju praha:

Bakrene legure, baze željeza, legure titana, baze od nehrđajućeg čelika, legure aluminija, legure nikla, legure kobalta, legure volframa, cementni karbidi, hidroksi legure, meki magnetski materijali i 3D ispis mogu se prilagoditi prema zahtjevima kupaca.

Istraživanje i primjena

Proces injekcijskog prešanja metalnog praha obično uključuje nekoliko osnovnih procesa kao što su priprema materijala za injekcijsko prešanje, injekcijsko prešanje, odvajanje, sinteriranje 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 tlaku, a nakon hlađenja izbacuje se iz kalupa dobiti specifičan materijal za injektiranje. Zeleno tijelo oblikovanog proizvoda zatim se podvrgava procesu odvajanja kako bi se uklonile sve organske komponente osim metalnog praha sadržanog u zelenom tijelu kako bi postalo odvojeno tijelo, te se konačno sinterira kako bi se dobili metalni dijelovi za ubrizgavanje glave golfa od legure titana sa željenim svojstvima.

Tehnologija injekcijskog prešanja metalnog praha ostvaruje organsku kombinaciju injekcijskog prešanja i tradicionalne tehnologije metalurgije praha, prevladava visoku cijenu procesa strojne obrade, jednostavan oblik tradicionalnog procesa prešanja, nisku proizvodnu učinkovitost izostatičkog procesa prešanja i injektiranja i tradicionalni postupak lijevanja . Nedostaci mnogih nedostataka i niske točnosti tolerancije uvelike su pospješili proizvodnju i primjenu proizvoda od titana i titanovih legura (kao što je prikazano na slici 2).

Slika 1 Dijagram toka titana i titanovih legura koje proizvodi MIM

Slika 2 Primjena titana i titanovih legura koje proizvodi MIM

Sljedeće predstavlja karakteristike i prednosti metalnih dijelova za ubrizgavanje glave za golf od legure titana i sažima napredak istraživanja tehnologije injekcijskog prešanja titana i metala od legure titana od praškastih sirovina, uobičajeno korištenih vezivnih sustava, injekcijskog prešanja, odvajanja i sinteriranja. Glavni problemi postoje, a analiziran je smjer istraživanja titana i titanovih legura u prahu za injekcijsko prešanje.

1. Status istraživanja injekcijskog prešanja titana i metalnih legura titana

Studije su pokazale da na mehanička svojstva, otpornost na koroziju i biomedicinska svojstva proizvoda lijevanih injekcijskim prešanjem od titana i legura titana uvelike utječu relativna gustoća, sadržaj nečistoća, legirajući elementi i mikrostruktura.

Nakon sinteriranja proizvoda za injekcijsko prešanje, njegova relativna gustoća je oko 95 posto, a postojat će i određeni udio zaostalih pora.

Ove zaostale pore postat će izvor pukotina kada se uzorak slomi i imaju velik utjecaj na mehanička svojstva materijala kao što su vlačna čvrstoća, duktilnost, žilavost loma i čvrstoća na zamor. Stoga, što je veća relativna gustoća proizvoda za injekcijsko prešanje titana i legura titana, njegova su mehanička svojstva bolja.

Elementi nečistoća kao što su kisik, ugljik, dušik, vodik itd., posebno kisik, povećat će granicu tečenja, vlačnu čvrstoću i tvrdoću materijala, a smanjiti rastezljivost. Elementi nečistoća otopljeni su u matrici titana na temperaturi sinteriranja. Budući da ne postoji učinkovito redukcijsko sredstvo, teško je kontrolirati elemente nečistoća titana i titanovih legura tijekom procesa sinteriranja. količina.

Mikrostruktura titana i titanovih legura, uključujući veličinu zrna i fazni sastav nakon sinteriranja, može utjecati na mehanička svojstva materijala. Uzeti zajedno, injekcijski prešani titan i materijali od titanovih legura s izvrsnim performansama imaju veću gustoću, nizak sadržaj nečistoća (obično sadržaj kisika), odgovarajući sastav legure, fina zrna i manje nedostataka tijekom zgušnjavanja.

1.1 Sirovine u prahu

Odabir praškastih sirovina važan je korak u procesu injekcijskog prešanja titanovog praha. Raspodjela veličine čestica i morfologija praha izravno utječu na tečljivost i sposobnost oblikovanja materijala za ubrizgavanje, zadržavanje oblika zelenog tijela tijekom odvajanja i skupljanje tijekom sinteriranja.

Trenutno, uobičajeno korištene metode pripreme praha od titana i titanovih legura uključuju mehaničku metodu i metodu atomizacije.

Oblik praha dobivenog mehaničkim mljevenjem (kao što je mljevenje s kuglicom, mljevenje s kuglicom za miješanje, mljevenje s visokoenergetskom vibracijom s kuglicom i mlazno mljevenje, itd.) općenito je nepravilan ili kutan.

Proces hidrogenacijske dehidrogenizacije (HDH) je iskoristiti očitu krtost titana nakon apsorpcije vodika, zdrobiti ga mehaničkim mljevenjem ili mlaznom pulverizacijom, a zatim podvrgnuti dehidrogenaciji kako bi se dobio titanski prah nepravilnog oblika, kao što je prikazano na slici 3 (a) . Metode atomizacije (kao što je atomizacija inertnim plinom, atomizacija rotirajućom elektrodom snopa plazme i atomizacija plina za indukcijsko taljenje) 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 pakiranja, kao što je prikazano na slici 3(b).

Osim toga, za razliku od proizvodne tehnologije čeličnog praha, titanski prah s finijim česticama teže je proizvesti. Smanjenjem veličine čestica 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, vjerojatno će doći do fenomena odvajanja praha i veziva tijekom procesa ubrizgavanja, što će rezultirati nedostacima. Potrebno ga je u potpunosti uzeti u obzir pri dizajnu sastava materijala za injekcijsko ubrizgavanje i dizajnu kalupa.

Slika 3 HDH (a) i plinski raspršeni (b) titanski prah korišten u MIM-u

1.2 Vezivo

Vezivo je nosač koji postoji u fazama tijekom procesa injekcijskog prešanja. Njegova je glavna funkcija učiniti da prah ravnomjerno ispuni kalup u tekućem stanju, oblikuje željeni oblik i zadrži ga do faze predsinteriranja.

U procesu injekcijskog prešanja, vezivo treba imati sljedeće karakteristike: nisko talište, dobru sposobnost vlaženja čestica praha i brzo stvrdnjavanje, što je pogodno za pripremu materijala za injekcijsko prešanje; dobra fluidnost na temperaturi ubrizgavanja; nakon kalupljenja Može se lako ukloniti iz zelenog tijela, ima manje zaostalih tvari, a proizvodi razgradnje su netoksični i ne nagrizaju.

Općenito, vezivna komponenta sadrži najmanje primarnu komponentu i sekundarnu komponentu:

Glavna komponenta se koristi za vlaženje čestica metalnog praha i osigurava potrebnu fluidnost, dok sekundarna komponenta osigurava da tijelo za injektiranje i dalje ima dovoljnu čvrstoću tijekom procesa injektiranja i nakon uklanjanja glavne komponente veziva.

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

Prema glavnim komponentama komponenti ljepila, najčešće korišteni sustavi ljepila mogu se podijeliti na sustave na bazi voska, sustave na bazi aromatskih spojeva, polioksimetilenske sustave i sustave na bazi vode.

1.2.1 Ljepilo na bazi voska

Uobičajeno korišteni voskovi za sistemska veziva na bazi voska uključuju nekoliko polimera kratkog lanca kao što su parafin, pčelinji vosak i palmin vosak. Imaju niska tališta, dobru sposobnost vlaženja, kratke molekularne lance i nisku viskoznost, a promjene volumena su im manje od ostalih polimera kada se razgrađuju. , što je korisno za osiguranje točnosti dimenzija proizvoda.

Uobičajeno korištene sekundarne komponente sustava na bazi voska su polipropilen, polietilen, kopolimer etilen-vinil acetata i polimetil metakrilat visoke molekularne težine, itd. Osim voska i veziva okosnice, površinski aktivni agensi, kao što je stearinska kiselina, koriste se za poboljšati kompatibilnost između praha i polimera.

Najraniji sustav veziva na bazi voska o kojem se govori 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. , punjenje prahom od 56 posto, i sinterirano na 1300 stupnjeva i 1,3 Pa nakon odvajanja. Dobiveni sinterirani uzorak ima relativnu gustoću od 94 posto i tlačnu čvrstoću od 1000 MPa, ali nema gotovo nikakvu duktilnost zbog prevelikog sadržaja nečistoća.

proučavali su dvostupanjski proces odvajanja koji kombinira vakuumsko odljepljivanje i odvajanje u atmosferi argona, što je značajno smanjilo sadržaj ugljika i kisika u sinteriranim dijelovima.

Guo i sur. zamijenio je dio parafina polietilen glikolom s boljom kvašljivošću, razvio sustav veziva parafin-polietilen-glikol-polietilen-polipropilen-stearinska kiselina i upotrijebio ga u Injekcijskom prešanju čistog titana i legure titan-aluminij-vanadija, sinterirani dijelovi imaju dobro zadržavanje oblika i male fluktuacije dimenzija. Zbog smanjenja udjela kisika i ugljika, performanse su također znatno poboljšane i dobivene su bolje performanse.

Osim toga, neki istraživači koriste palmin vosak za djelomičnu zamjenu parafina i palmino ulje za potpunu zamjenu parafina [14] za sustave veziva na bazi voska, a učinak oblikovanja je također vrlo dobar, ali zato što je element kisika sadržan u samom palminom vosku također Izvor kisika, tako da je sadržaj ugljika i kisika u konačnom proizvodu nešto veći, a mehanička svojstva nisu tako dobra kao kod parafinskog sustava.

Optimalni sustav veziva na bazi voska o kojem se govori u literaturi predložili su Friederici et al. . Tijekom eksperimenta, omjeri parafina, polietilena niske gustoće i stearinske kiseline prilagođeni su tako da se formiraju četiri omjera veziva. Postupcima oblikovanja, odvajanja i sinteriranja različitih injekcijskih materijala dobiveni su uzorci s relativnom gustoćom od 98,1 posto i kemijskim sastavom koji zadovoljava sekundarni čisti titan.

Sustav veziva na bazi voska zauzima važno mjesto u injekcijskom prešanju, ali budući da sustav veziva na bazi voska koristi organska otapala za odvajanje otapala i ima nisku učinkovitost odmašćivanja, istraživači nastavljaju s inovacijama na ovoj osnovi i razvijaju nova ljepila. sustav agenta.

1.2.2 Ljepila na bazi aromatskih spojeva

Aromatski spojevi (kao što su naftalen, antracen itd.) mogu se otopiti na vrlo niskim temperaturama. Pod uvjetima niskog tlaka, mogu se izravno transformirati iz krutina u plinove sublimacijom na temperaturi nižoj od njihove točke taljenja. Kao veziva koriste se aromatski spojevi. Odvajanje može uvelike poboljšati učinkovitost procesa odvajanja.

Weil i sur. korišteni aromatski spojevi u injekcijskom prešanju titanovog praha. U njegovom istraživanju, guste legure titan-aluminij-vanadij i porozne legure titan-aluminij-vanadij pripremljene su korištenjem naftalena, 1 posto stearinske kiseline i 3 posto -12 postotnih kopolimera etilen vinil acetata kao veziva.

Tijekom eksperimenta, budući da je naftalen izravno sublimiran u plin i ispušten, nije se pojavila tekuća faza tijekom procesa odvajanja, a volumen uzorka se nije promijenio, a za razliku od odmašćivanja otapalom, površinska energija uključena u metodu sublimacije bila je niska, što je značilo uobičajenu defekti odmašćivanja kao što su deformacija. , pucanje itd. može se izbjeći, pokusom je konačno dobivena relativna gustoća sinteriranog uzorka od 96,6 posto, a sadržaj ugljika nije se povećao.

Iako je sustav veziva postigao izvrsne performanse proizvoda, aromatski spojevi u sustavu i dalje imaju utjecaj na okoliš i fizičko zdravlje, te nisu praćeni istraživanjem i velikom primjenom.

1.2.3 Ljepilo na bazi POM-a

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

Polioksimetilen je glavna komponenta sustava veziva, a polietilen (PE) se postupno dodaje kao okosnica veziva u kasnijem razvojnom procesu.

Na temelju ovog vezivnog sustava, BASF trenutno stvara smjese za injekcijsko prešanje koje pokrivaju širok raspon materijala uključujući niskolegirane čelike, nehrđajuće čelike, alatne čelike, titan i legure titana i keramiku.

Izvanredna karakteristika polioksimetilena je da je osjetljiviji na kisele reagense i sklon je kiseloj razgradnji. Stoga, obradom sirovog tijela u kiseloj atmosferi nižoj od njegove temperature omekšavanja, polioksimetilen je u krutom stanju, čime se izbjegavaju nedostaci kao što su pukotine i širenje uzrokovano vrenjem komponenti veziva, te ima malu deformaciju i dobro zadržavanje oblika . Precizna kontrola veličine.

Osim toga, zbog velike stope difuzije, u usporedbi s drugim metodama odmašćivanja, stopa odmašćivanja je viša, koja može doseći 10 puta veću stopu odljepljivanja od tradicionalnih otapala, dok omogućuje odljepljivanje veće veličine.

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

Korozivna para dušične kiseline često se koristi kao katalizator u procesu katalitičkog odvajanja. S jedne strane, polioksimetilen se može razgraditi tijekom faze pripreme prije ubrizgavanja i injekcijskog prešanja, što rezultira vrlo toksičnim formaldehidom, a produkti razgradnje moraju se spaliti u dva koraka. S druge strane, kisela atmosfera koja ima katalitičku ulogu više je korozivna za opremu i zahtijeva veća ulaganja.

1.2.4 Ljepila na bazi vode

Otapala za odvajanje (kao što su heptan i heksan) ili produkti razgradnje komponenti veziva (aromatski monomeri i formaldehid) koji se koriste u gore navedenim sustavima veziva više su ili manje štetni za okoliš i operatere. Stoga je od velike važnosti razviti sustav veziva koji koristi ekološki prihvatljiva otapala.

Postojeći ekološki prihvatljivi sustavi veziva koriste vodu kao otapalo za odvajanje.

Prema različitim ulogama vode u pripremi materijala za injektiranje, takvi vezivni sustavi mogu se podijeliti u dvije vrste: na bazi gela i na bazi gela.

Polimer koji se često koristi za sustave koji se ne temelje na gelu je polietilen glikol, koji ima bolja svojstva, jeftin je i lako dostupan. Polietilen glikoli niske molekularne težine mogu se brzo i gotovo potpuno ukloniti na 60 stupnjeva, a molekularne težine uobičajeno korištenih polietilen glikola kreću se od 500 do 2000. Obično korišteno vezivo okosnice je polimetil metakrilat s molekularnom težinom od 10.000.

upotrijebili su vezivnu komponentu topljivu u vodi polietilen glikol–polimetil metakrilat–stearinska kiselina pri punjenju praha od 69 posto.

U eksperimentu, polietilen glikol je potpuno uklonjen u vodi na 55 stupnjeva tijekom 5 sati, a polimetil metakrilat je potpuno uklonjen u struji vrućeg odvojenog argona na 44 0 stupnja. Konačni sadržaj kisika (maseni udio) pripremljenih uzoraka bio je 0,2 posto, odgovarajuća vlačna čvrstoća bila je 850~880 MPa, a istezanje je bilo 8,5 posto ~16 posto, što je zadovoljilo ASTM stupanj 5 Ti standarda.

Većina veziva na bazi gela su prirodne tvari, poput celuloze, škrobnog agara itd.

Tokura je koristio agar za zamjenu polimernog veziva u injekcijskom prešanju titanovog praha i proučavao toplinsku stabilnost, topljivost i injekcijsku viskoznost vezivnog sustava.

Metal Powder Report (MPR) izvijestio je o studiji o proizvodnji oralnih implantata od legure titana korištenjem ljepila na bazi agara, koja su se sastojala od agara, vode i materijala za ojačanje gela.

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

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

Kontrola veličine konačnih dijelova proizvedenih injekcijskim materijalom vezivnog sustava na bazi gela je teška, a sastav nije dovoljno stabilan, a procesni uvjeti i kontrola kvalitete su teški, te su i dalje potrebna daljnja istraživanja i optimizacija.

1.3 Injekcijsko prešanje, odvajanje i sinteriranje

Parametri procesa injekcijskog prešanja određeni su svojstvima materijala za injekcijsko prešanje i ciljanom geometrijom proizvoda.

Kao što je gore spomenuto, veličina čestica titanovog praha obično je gruba. U usporedbi s injekcijskim prešanjem materijala od nehrđajućeg čelika, lako je proizvesti fenomen odvajanja praha i veziva. Prije injekcijskog prešanja potrebno je formulirati odgovarajuće parametre procesa prešanja u skladu s reološkim svojstvima materijala za injekcijsko prešanje kako bi se smanjili nedostaci u oblikovanom tijelu.

[Wang et al.] upotrijebili su leguru Ti–6Al–4V u kombinaciji s praškastim vezivnim sustavom na bazi voska za pripremu materijala za injekcijsko prešanje te testirali i analizirali reološka svojstva materijala za injekcijsko prešanje pod različitim opterećenjem praha i temperaturama, pružajući osnovu za formuliranje odgovarajućih parametri kalupljenja za proces injekcijskog prešanja. .

Park i sur. koristili su aerosolizirani titanski prah, HDH titanski prah i sferoidizirani HDH titanski prah za pripremu materijala za injektiranje, te izmjerili njihova reološka svojstva i ponašanje pri odvajanju, te predložili indeks sposobnosti oblikovanja materijala za injektiranje. Ocijenjena je učinkovitost, a rezultati analize dali su teoretsku osnovu za istovremenu upotrebu HDH praha i aerosoliziranog praha u sustavu ubrizgavanja.

Na temelju eksperimentalnog i numeričkog procesa simulacije, Barriere et al. raspravljali su o optimalnim procesnim parametrima za proizvodnju metalnih brizganih dijelova bez grešaka sa željenim mehaničkim svojstvima, na temelju tehnika modeliranja koristeći jednadžbe dvofaznog protoka i nove razvoj Eksplicitni algoritam koristi se za realizaciju predviđanja fenomena odvajanja materijala u procesu ubrizgavanja pomoću numeričke simulacije.

Chen i sur. upotrijebio je hidrodehidrodehidrogenaciju Ti–6Al–4V prethodno legiranog praha i sustav veziva topljivog u vodi za pripremu materijala za injektiranje, a zatim izmjerio brzinu uklanjanja polietilen glikola, komponente veziva topljive u vodi, u uzorcima različitih debljina na različitim temperaturama, i uspostavio formulu. Za određivanje mehanizma odvajanja vezivnog sustava korišten je matematički model odvajanja kontroliranog difuzijom.

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

Nor et al. koristio je palmin stearin i polietilenski vezivni sustav za pripremu Ti-6Al-4V materijala za injektiranje i koristio Taguchijevu metodu za formuliranje optimalnog proizvodnog procesa, te je konačno dobiven uzorak s granicom razvlačenja od 934,4 MPa i istezanje od 10 posto. Ukupna svojstva zadovoljavaju zahtjeve navedene u ASTM B348-02 Medicinske titanske legure.

Obasi i sur. pripremio uzorke Ti–6Al–4V sa svojstvima koja zadovoljavaju zahtjeve ASTM B348–02 legure titana stupnja 23, i proučavao učinak promjena u sustavu osnovnih parametara procesa na proces toplinskog odvezivanja i sinteriranja MIM komponenti praha Ti–6Al–4V .

Limberg i sur. pripremio Ti–45Al–5Nb–0.2B–0.2C miješanjem elementarnih prahova tijekom procesa injekcijskog prešanja i proučavao učinke vremena sinteriranja i atmosfere sinteriranja na vlačna svojstva i mikrostrukturu, i dobivena antirezistentna svojstva. Uzorak vlačne čvrstoće od oko 630 MPa.

Guo i sur. pripremio materijale od čistog titana i Ti–6Al–4V tehnologijom injekcijskog prešanja, proučavao učinak procesa toplinske obrade kao što su vruće izostatičko prešanje i žarenje na svojstva materijala od legura te kvalitativno karakterizirao učinak toplinske obrade pomoću mikrostrukture i mehaničkih svojstava testiranje. i kvantitativne karakterizacije, njegova mikrostruktura prikazana je na slici 4.

Materijal za injektiranje priprema se miješanjem plinom raspršenog titanovog praha, hidrogeniranog titanovog praha i sustava veziva na bazi voska. Nakon injekcijskog prešanja, otapalo se odvaja u smjesi heptana i etanola, a temperatura se podiže na 350, 420. Nakon držanja na 600 stupnjeva, vezivo je potpuno uklonjeno, a temperatura sinteriranja bila je 1230 stupnjeva tijekom 3 sata. Konačno, vlačna svojstva sinteriranih uzoraka bila su 389-419 MPa, a istezanje je bilo 2 posto -4 posto.

Članovi ove istraživačke skupine koristili su plinom raspršeni titanski prah i sustav veziva topljivog u vodi za pripremu uzoraka čistog titana i proučavali učinke temperature sinteriranja i vremena držanja na svojstva uzoraka čistog titana. Vakuum od 3 Pa, temperatura sinteriranja 1350 stupnjeva i istezanje od 20,3 posto nakon držanja 3 sata, što je u potpunosti u skladu s ASTM F2989-13 optimalnim performansama metalurgije praha uzorak, relativna gustoća 96,9 posto, vlačna čvrstoća 443 MPa, biomedicinski stupanj II standard čistog titana.

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

2 Novi materijali za injekcijsko prešanje od titana i titanovih legura

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 /sučelje implantata. Učinak zaštite od stresa, koji rezultira dugoročnim kliničkim učincima, može biti uvelike ugrožen, kao što je prikazano na slici 5.

Stoga su istraživači prilagodili mehanička svojstva titanskih materijala promjenom strukture i sastava legure titanskih materijala kako bi ih učinili bližima strukturi i svojstvima prirodnih ljudskih kostiju.

Slika 5. Usporedba modula elastičnosti biomedicinskih legura titana

2.1 Porozni titanski materijali i titan-keramički kompoziti

Porozni materijali od titana i novi materijali sustava od legura titana imaju odgovarajuću strukturu pora i mehanička svojstva te su idealni materijali za implantate za ortopedske nadomjestke.

S jedne strane, može učinkovito smanjiti neusklađenost stresa između implantata i koštanog tkiva, čime se smanjuje učinak zaštite od stresa i ostvaruje trajna i učinkovita funkcija implantata; s druge strane, porozna struktura nužan je uvjet za rast koštanih stanica u implantat. Međusobno povezana porozna struktura može omogućiti prolaz velike količine tjelesnih tekućina, što može dodatno pospješiti rast koštanih stanica.

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

Tuncer i sur. koristio je atomizirani sferni prah, HDH titanski prah i sustav veziva na bazi voska, dodavanjem određene količine NaCl i KCl kao sredstava za stvaranje pora, kako bi proučio učinak početnog praha na performanse konačnog poroznog proizvoda od titana, i dalje podešavanjem sredstva za stvaranje pora. Prema dozi agensa, može se dobiti porozni titanski materijal s potrebnom poroznošću i veličinom pora medicinskog implantata, a kemijski sastav materijala može zadovoljiti standard tercijarno čistog titana.

Chen i sur. koristili su NaCl kao sredstvo za stvaranje pora u kombinaciji s injekcijom na bazi voska u prahu hidrogeniranog titana za pripremu uzoraka za injekcijsko prešanje. Podešavanjem količine NaCl unutar dijela za ubrizgavanje može se formirati komunikacijska rupa, čija su mehanička svojstva slična onima spužvaste kosti.

Barbosa i sur. prvi upotrijebio prah Fe22Cr za ispitivanje reoloških svojstava materijala za injektiranje različitih vezivnih sustava. Prema rezultatima ispitivanja učinkovitosti, odabran je odgovarajući sustav veziva na bazi voska, a zatim kombiniran s Ti prahom i sredstvom za stvaranje pora NaCl za toplo prešanje i višekomponentno injekcijsko prešanje. , komponenta spinalnog implantata s gustom vanjskom poroznom jezgrom i gradijentom poroznosti pripremljena je odmašćivanjem i sinteriranjem.

Slika 6 Komponenta za injekcijsko prešanje od poroznog titana koja koristi NaCl kao držač prostora

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

Međutim, HA je krt i ima loša mehanička svojstva, pa se ne može koristiti sam kao nosiva komponenta. Stoga se pojavio novi tip biomedicinskog materijala koji se sastoji od HA i titanovog materijala.

Thian i dr.] proučavali su pripremu kompozita Ti6Al4V/HA injekcijskim prešanjem. Najprije je kompozitni prah Ti6Al4V/HA pripremljen metodom keramičke precipitacije, a zatim je pripremljeni prah pomiješan s komercijalnim vezivom PAN-250S za pripremu materijala za injektiranje. Ispitana su reološka svojstva materijala za injektiranje i proučavana je brzina zagrijavanja tijekom procesa odljepljivanja. Utjecaj protoka plina atmosfere za odljepljivanje i atmosfere za odljepljivanje na defekte odlijepljenog dijela, količinu odstranjenog veziva i sadržaj zaostalog ugljika; utjecaj parametara procesa sinteriranja (brzina zagrijavanja, temperatura sinteriranja, vrijeme držanja, brzina hlađenja itd.) Poroznost dobivenog uzorka bila je oko 50 posto; osim toga, analiziran je proces biološke razgradnje pripremljenog Ti6Al4V/HA materijala u okolišu tjelesnih tekućina i karakteriziran rezultatima ispitivanja mehaničkih svojstava.

2.2 Novi materijali od legure titana

Biomedicinsko područje važna je grana primjene titanskih materijala, a smjer potražnje za njegovom primjenom izravno utječe na trend razvoja titanskih materijala.

Rani materijali od titana uglavnom su čisti titan (faza), ali materijali od čistog titana imaju nisku čvrstoću i slabu otpornost na trošenje, a zatim razvijaju visoku čvrstoću i visoku žilavost plus tipa predstavljenog legurama Ti6Al4V, Ti6Al7Nb i Ti5Al2.5Fe.

Aust i sur. uspješno proizvedeni materijali za vijke za kosti s izvrsnim performansama korištenjem praha Ti6Al7Nb i vezivnog sustava na bazi voska (parafin plus PE plus stearinska kiselina), kao što je prikazano na slici 7, s relativnom gustoćom od 97,6 posto, vlačnom čvrstoćom od 815 MPa i popuštanjem čvrstoća 714 MPa. Istezanje 8,7 posto.

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

Kao rezultat toga, istraživači su proveli niz razvoja nove generacije sustava legura titana koji sadrže Nb, Ta, Zr, Mo, Sn i druge biosigurnosne elemente bez Al i V elemenata.

Trenutačno, legure biotitana koje su razvijene i istražene uglavnom uključuju Ti-15Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-35Nb-7 Zr-5Ta, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr i Ti- 29Nb-13Ta-4.6Zr et al [44]. Zbog ograničenja tehnologije mljevenja i drugih aspekata, ti se sustavi legura rijetko koriste u procesima injekcijskog prešanja u prahu.

Zhao i sur. proveli su pokuse injekcijskog prešanja koristeći titanski prah i niobijev prah, te uspješno pripremili TiNb dvofaznu leguru s relativnom gustoćom od oko 95 posto. Ispitivanjem mehaničkih svojstava sirovih tijela, odvojenih dijelova i sinteriranih dijelova, kao i sinteriranjem s različitim sadržajem sastava legure, proučavan je učinak sadržaja Nb na mikrostrukturu i mehanička svojstva legure usporedbom promatranja i usporedbom mikrostruktura legure.

Arockiasamy i sur. pripremio Ti5Fe5Zr leguru dodavanjem Fe i Zr elemenata HDH prahu čistog titana, te izmjerio mehanička svojstva legure. mehanizam.

Ti6Al7Nb vijak za kost pripremio MIM

3. Outlook

Niska specifična težina, visoka specifična čvrstoća, izvrsna biokompatibilnost i otpornost na oksidaciju te dobra otpornost na koroziju titana i titanovih legura čine ih izvrsnim primjenama u zrakoplovstvu, medicini, kemiji, automobilskoj industriji i potrošnoj robi. Razvojni potencijal.

U usporedbi s tradicionalnim tehnikama obrade, kao što su kovanje, lijevanje i strojna obrada, brizganje praha ima očite prednosti, ujednačen sastav legure, visoku stopu iskorištenja sirovina i snažan proizvodni kapacitet složenih dijelova velikih razmjera, što može uvelike promicati proizvodnju titana. i proizvodi od legura titana. i primjena.

Iako je postignut određeni napredak u istraživanju injekcijskog prešanja titana i titanovih legura, u stvarnom procesu industrijske proizvodnje cijena visokokvalitetnih praškastih sirovina je relativno visoka, transformacija i primjena novih visokokvalitetnih sustava titanskih legura na injekcijsko prešanje je nedovoljno, a teško je kontrolirati kemijski sastav proizvoda. Niz problema, poput onih većih, tek treba riješiti.

Osim toga, s brzim razvojem tehnologije mikrosustava posljednjih godina, potražnja za mikrokompleksnim komponentama koje se koriste u mikrosustavima nastavlja rasti. Brizganje praha treba prenijeti s tradicionalnih vrsta proizvoda na mikroproizvode i razviti ga u mikrobrizganje praha. tehnologija oblikovanja.

Trenutačno se većina tehnologija mikrobrizganja usredotočuje na sustave polimera, nehrđajućeg čelika i drugih materijala. Još uvijek postoje mnogi problemi koje treba proučavati u mikrobrizganju titana i titanovih legura.

Stoga bi se razvoj istraživanja injekcijskog prešanja titana i legura titana trebao usredotočiti na istraživanje i razvoj novih sustava legura titana, razvoj jeftine visokokvalitetne tehnologije pripreme praha legura titana i istraživanje mikrobrizganja titana materijali pogodni za mikro i složene uređaje.

S dubinskim istraživanjem tehnologije injekcijskog prešanja titana i titanovih legura, vjeruje se da će tehnologija injekcijskog prešanja titana i titanovih legura postići veliki napredak, a zatim promicati brzi razvoj industrije titana.

Postcasting proces

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

2. Oprema za obradu: CNC, WEDM, tokarski stroj, glodalica, bušilica, brusilica itd.;

3. Površinska obrada: raspršivanje prahom, kromiranje, bojanje, pjeskarenje, niklanje, galvaniziranje, crnjenje, poliranje, plavo itd.

Kalupi i oprema za inspekciju

1. Vijek trajanja kalupa: obično polutrajno. (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 kvalitete

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

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

3. Oprema za ispitivanje: detekcija nedostataka, analizator spektra, analizator zlatne slike, trokoordinatni mjerni stroj, oprema za ispitivanje tvrdoće, stroj za ispitivanje rastezanja.