Titánötvözet golffej fém befecskendező alkatrészek

A titán és titánötvözet fém fröccsöntés (MIM) technológiája lehetővé teszi a kis és közepes méretű komplex alakú titán termékek nagyléptékű és alacsony költségű előállítását, ami nagy jelentőséggel bír a titán és titánötvözet előállításának és alkalmazásának elősegítésében. Termékek. A Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. rézötvözet fém fröccsöntés, vasalapú fém fröccsöntés, rozsdamentes acél alapú fém fröccsöntés, alumíniumötvözet fém fröccsöntés, nikkelötvözet fém fröccsöntés, kobaltötvözet fém fröccsöntés gyűjteménye fröccsöntés, volfrámötvözet fém fröccsöntés Átfogó csúcstechnológiás vállalkozás, amely integrálja a kutatás-fejlesztést, a fröccsöntés, a titánötvözet golffejű fémfröccsöntött alkatrészek, a cementált keményfém fém fröccsöntés és a porkohászati ​​szerkezeti részek kutatás-fejlesztését, gyártását és értékesítését.

Termék Descripció

1. Végrehajtási szabványok: a vállalat szigorúan betartja az ISO9001, ISO14001, IATF16949 tanúsítványokat

A termékek megfeleltek az ROHS, FDA EU stb. tanúsítványának.

2. Termékek anyagszabványai: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Főbb folyamatok: fém fröccsöntés MIM, porkohászat PM, beruházási öntés, alumínium fröccsöntés,

4. Elérhető anyagok a porkohászáshoz:

Rézötvözetek, vasalapok, titánötvözetek, rozsdamentes acél alapok, alumíniumötvözetek, nikkelötvözetek, kobaltötvözetek, volfrámötvözetek, cementált karbidok, hidroxiötvözetek, lágymágneses anyagok és a 3D nyomtatás testreszabható az ügyfelek igényei szerint.

Kutatás és alkalmazás

A fémporos fröccsöntési eljárás általában több alapvető folyamatot foglal magában, mint például a fröccsöntés, a fröccsöntés, a kötés eltávolítása, a szinterezés és a szükséges utófeldolgozás.

Az 1. ábrán látható módon a fémpor és a szerves kötőanyag komponenseit összekeverik, összegyúrják és granulálják, hogy injektálóanyagot készítsenek, majd a fröccsöntő anyagot meghatározott hőmérsékleten és nyomáson a formába fecskendezik, majd lehűlés után kibontják. speciális injekciós anyagot szerezzen be. Az formázott termék zöld testét ezután kötésbontási eljárásnak vetik alá, hogy eltávolítsák az összes szerves komponenst, kivéve a zöld testben lévő fémport, hogy bontott testté váljanak, végül pedig szinterezve titánötvözetű golffej fémbefecskendezési alkatrészeit kapják a kívánt tulajdonságokkal.

A fémpor-fröccsöntés technológia megvalósítja a fröccsöntés és a hagyományos porkohászati ​​technológia szerves kombinációját, legyőzi a megmunkálási folyamat magas költségét, a hagyományos fröccsöntési eljárás egyszerű formáját, az izosztatikus préselési és fugázási folyamat alacsony termelési hatékonyságát, valamint a hagyományos öntési eljárást. . A számos hiba hátránya és az alacsony tűréspontosság nagymértékben elősegítette a titán és titánötvözet termékek gyártását és alkalmazását (a 2. ábra szerint).

1. ábra A MIM által gyártott titán és titánötvözetek folyamatábrája

2. ábra A MIM által gyártott titán és titánötvözetek alkalmazásai

Az alábbiakban bemutatjuk a titánötvözet golffejes fémfröccsöntő alkatrészek jellemzőit és előnyeit, valamint összefoglaljuk a titán és titánötvözet fémporos fröccsöntési technológiájának kutatási előrehaladását por nyersanyagokból, általánosan használt kötőanyagrendszerekből, fröccsöntésből, kötés-eltávolításból és szinterezésből. A főbb problémák fennállnak, és a titán és titánötvözet fémporos fröccsöntés kutatási irányát elemzi.

1. A titán és titánötvözet fémporos fröccsöntésének kutatási helyzete

Tanulmányok kimutatták, hogy a titánból és titánötvözetből fröccsöntött termékek mechanikai tulajdonságait, korrózióállóságát és orvosbiológiai tulajdonságait nagymértékben befolyásolja a relatív sűrűség, a szennyeződéstartalom, az ötvözőelemek és a mikroszerkezet.

A fröccsöntő termék szinterezése után a relatív sűrűsége körülbelül 95 százalék, és bizonyos arányban maradnak vissza pórusok.

Ezek a maradék pórusok repedések forrásaivá válnak, amikor a minta eltörik, és nagy hatással vannak az anyag mechanikai tulajdonságaira, például a szakítószilárdságra, a hajlékonyságra, a törési szívósságra és a kifáradási szilárdságra. Ezért minél nagyobb a titán és titánötvözet fröccsöntő termékek relatív sűrűsége, mechanikai tulajdonságai jobbak.

A szennyező elemek, mint például az oxigén, szén, nitrogén, hidrogén stb., különösen az oxigén, növelik az anyag folyáshatárát, szakítószilárdságát és keménységét, és csökkentik a rugalmasságot. A szennyező elemek a mátrix titánban a szinterezési hőmérsékleten feloldódnak. Mivel nincs hatékony redukálószer, nehéz ellenőrizni a titán és titánötvözetek szennyező elemeit a szinterezési folyamat során. Mennyiség.

A titán és titánötvözetek mikroszerkezete, beleértve a szinterezés utáni szemcseméretet és fázisösszetételt, befolyásolhatja az anyag mechanikai tulajdonságait. Összességében a kiváló teljesítményű fröccsöntött titán és titánötvözet anyagok nagyobb sűrűséggel, alacsony szennyezőanyag-tartalommal (általában oxigéntartalommal), megfelelő ötvözet-összetétellel, finom szemcsékkel és a tömörítés során kevesebb hibával rendelkeznek.

1.1 Por alapanyagok

A por alapanyagok kiválasztása fontos lépés a titánpor fröccsöntési folyamatában. A por szemcseméret-eloszlása ​​és morfológiája közvetlenül befolyásolja a fröccsönthető anyag folyóképességét és alakíthatóságát, a zöld test alaktartását a leválasztás során és a zsugorodást a szinterezés során.

Jelenleg az általánosan használt titán és titánötvözet por-előállítási módszerek közé tartozik a mechanikai módszer és a porlasztási módszer.

A mechanikus őrléssel (például golyós őrléssel, keverőgolyós őrléssel, nagy energiájú vibrációs golyós őrléssel és sugármarással stb.) nyert por alakja általában szabálytalan vagy szögletes.

A hidrogénező dehidrogénezési (HDH) eljárás célja, hogy kihasználja a titán hidrogénabszorpció utáni nyilvánvaló ridegségét, mechanikus őrléssel vagy sugárporítással összetörje, majd dehidrogénezésen megy keresztül, hogy szabálytalan alakú titánport kapjon, amint az a 3(a) ábrán látható. . A porlasztási módszerek (mint például az inert gáz porlasztása, a plazmasugaras forgóelektród-porlasztás és az elektróda indukciós olvadógáz-porlasztás) teljesen inert atmoszférában is végrehajthatók a nyerspor nagy tisztaságának megőrzése érdekében, ami gömb alakú és részecskeméret-eloszlást eredményez. meglehetősen széles, és jó tömörítési tulajdonságokkal rendelkezik, amint azt a 3(b) ábra mutatja.

Ezenkívül az acélpor gyártási technológiájától eltérően a finomabb szemcseméretű titánport nehezebb előállítani. A szemcseméret csökkenésével nő a fajlagos felület, és nő a szennyező elemek tartalma is.

A MIM-ben használt titánpor részecskemérete általában 45 μm-nél kisebb. Ha a por részecskemérete túl nagy, a por-kötőanyag szétválás jelensége valószínűleg előfordul az injektálási folyamat során, ami hibákat eredményez. Ezt teljes mértékben figyelembe kell venni az injektáló anyag összetételének és a formatervezésnek a tervezésénél.

3. ábra MIM-ben használt HDH (a) és gázporlasztott (b) titánpor

1.2 Kötőanyag

A kötőanyag egy hordozó, amely szakaszosan létezik a fröccsöntési folyamat során. Fő feladata, hogy a por egyenletesen, folyékony állapotban töltse ki a formát, alakítsa ki a kívánt formát, és az előszinterelésig tartsa.

A fröccsöntési folyamatban a kötőanyagnak a következő jellemzőkkel kell rendelkeznie: alacsony olvadáspont, jó nedvesíthetőség a porszemcsékkel szemben és gyors kikeményedés, ami kényelmes fröccsöntési anyagok előállításához; jó folyékonyság befecskendezési hőmérsékleten; formázás után Könnyen eltávolítható a zöld testről, és kevesebb a maradékanyag, valamint a bomlástermékek nem mérgezőek és nem korrozívak.

Általában a kötőanyag-komponens legalább egy elsődleges és egy másodlagos komponenst tartalmaz:

A fő komponens a fémpor részecskék nedvesítésére és a szükséges folyékonyság biztosítására szolgál, míg a másodlagos komponens biztosítja, hogy a befecskendező test megfelelő szilárdsággal rendelkezzen a befecskendezési folyamat során és a kötőanyag főkomponens eltávolítása után is.

A legtöbb esetben a kötőanyag-rendszer tartalmaz egy harmadik komponenst, például egy felületaktív anyagot, amely javítja a fémpor és a polimer kompatibilitását.

A ragasztókomponensek főbb komponensei szerint az általánosan használt ragasztórendszereket viasz alapú rendszerekre, aromás vegyületek alapú rendszerekre, polioximetilén rendszerekre és vízbázisú rendszerekre lehet osztani.

1.2.1 Viasz alapú ragasztó

A viaszalapú rendszerkötőanyagokhoz általánosan használt viaszok számos rövid láncú polimert tartalmaznak, mint például a paraffin, méhviasz és pálmaviasz. Alacsony olvadáspontjuk, jó nedvesíthetőségük, rövid molekulaláncuk és alacsony viszkozitásuk van, és térfogatváltozásuk kisebb, mint más polimereké, ha bomlik. , ami előnyös a termék méretpontosságának biztosításához.

A viaszalapú rendszerek általánosan használt másodlagos komponensei a polipropilén, a polietilén, az etilén-vinil-acetát kopolimer és a nagy molekulatömegű polimetil-metakrilát stb. A viasz és a gerinckötőanyag mellett felületaktív anyagokat, például sztearinsavat használnak javítja a por és a polimer kompatibilitását.

Az irodalomban közölt legkorábbi viaszalapú kötőanyagrendszer Kaneko et al. paraffin-poli-n-butil-metakrilát-etilén-vinil-acetát kopolimer-dibutil-ftalát felhasználásával kötőanyagként titánporral való keveréshez injekciós anyagok előállításához. , 56 százalékos porterhelés, 1300 fokon és 1,3 Pa nyomáson szinterezve a kötés eltávolítása után. A kapott szinterezett minta relatív sűrűsége 94 százalék, nyomószilárdsága 1000 MPa, de a túl magas szennyezőanyag-tartalom miatt szinte semmiféle alakíthatósága nincs.

kétlépcsős, vákuum- és argonatmoszféra-leválasztást kombináló kötés-leválasztási eljárást tanulmányozott, amely jelentősen csökkentette a szinterezett részek szén- és oxigéntartalmát.

Guo et al. a paraffin egy részét jobb nedvesíthetőségű polietilénglikolra cserélték, paraffin-polietilénglikol-polietilén-polipropilén-sztearinsav kötőanyag rendszert fejlesztettek ki, és felhasználták Tiszta titán és titán-alumínium-vanádium ötvözet fröccsöntésénél a szinterezett részek jó alaktartással és kis méretingadozással rendelkeznek. Az oxigén- és széntartalom csökkenése miatt a teljesítmény is jelentősen javul, és jobb teljesítmény érhető el.

Emellett egyes kutatók pálmaviaszt használnak a paraffin részleges, pálmaolajjal pedig a paraffin teljes helyettesítésére [14] a viaszalapú kötőanyagrendszereknél, és a formáló hatás is nagyon jó, de mivel magában a pálmaviaszban található oxigénelem is Oxigénforrás, így a végtermék szén- és oxigéntartalma valamivel magasabb, mechanikai tulajdonságai pedig nem olyan jók, mint a paraffinrendszeré.

Az irodalomban ismertetett optimális viaszalapú kötőanyag-rendszert Friederici et al. . A kísérlet során a paraffin, a kis sűrűségű polietilén és a sztearinsav arányát négy kötőanyagarányra állítottuk be. Különböző injektáló anyagok alakítási, kötés-leválasztási és szinterezési eljárásaival 98,1 százalékos relatív sűrűségű, másodlagos tiszta titánt kielégítő kémiai összetételű mintákat kaptunk.

A viaszalapú kötőanyagrendszer fontos szerepet tölt be a fröccsöntésben, de mivel a viaszalapú kötőanyagrendszer szerves oldószereket használ az oldószeres kötések eltávolítására, és alacsony a zsírtalanítási hatékonysága, a kutatók ezen az alapon folytatják az innovációt és új ragasztóanyagok kifejlesztését. ügynökrendszer.

1.2.2 Aromás vegyület alapú ragasztók

Az aromás vegyületek (például naftalin, antracén stb.) nagyon alacsony hőmérsékleten oldódnak. Alacsony nyomású körülmények között az olvadáspontjuknál alacsonyabb hőmérsékletű szublimációval közvetlenül átalakulhatnak szilárd anyagokból gázokká. Aromás vegyületeket használnak kötőanyagként. Az elválasztás nagymértékben javíthatja a leválasztási folyamat hatékonyságát.

Weil és mtsai. aromás vegyületeket használt a titánpor fröccsöntésében. Kutatásai során sűrű titán-alumínium-vanádium ötvözeteket és porózus titán-alumínium-vanádium ötvözeteket állítottak elő naftalin, 1 százalék sztearinsav és 3 százalék -12 százalék etilén-vinil-acetát kopolimer kötőanyag felhasználásával.

A kísérlet során, mivel a naftalint közvetlenül gázzá szublimálták és kisütötték, a leválási folyamat során nem jelent meg folyadékfázis, és a minta térfogata nem változott, és az oldószeres zsírtalanítással ellentétben a szublimációs eljárásban alkalmazott felületi energia alacsony volt, ami közös zsírtalanító hibák, például deformáció. , repedés, stb. elkerülhető, a kísérlet végül a szinterezett minta relatív sűrűségét 96,6 százalékot kapta, és a széntartalom nem nőtt.

Bár a kötőanyag-rendszer kiváló termékteljesítményt ért el, a rendszerben lévő aromás vegyületek továbbra is hatással vannak a környezetre és a fizikai egészségre, és kutatások és nagyszabású alkalmazások nem követték őket.

1.2.3 POM alapú ragasztó

A polioximetilént először a Celanese Corp használta 1984-ben a ragasztórendszerben, majd a BASF fejlesztette ki, ami lehetővé tette, hogy a ragasztó komponensei ne tartalmazzanak viaszt és kis molekulatömegű komponenseket.

A polioximetilén a kötőanyagrendszer fő komponense, a későbbi fejlesztési folyamatban pedig fokozatosan adják hozzá a polietilént (PE) vázkötőanyagként.

Ezen a kötőanyag-rendszeren alapulva a BASF jelenleg anyagok széles skáláját lefedő fröccsöntő keverékeket készít, beleértve az gyengén ötvözött acélokat, rozsdamentes acélokat, szerszámacélokat, titánt és titánötvözeteket és kerámiákat.

A polioximetilén figyelemre méltó jellemzője, hogy érzékenyebb a savas reagensekre, és hajlamos a savas lebontásra. Ezért a zöld test lágyulási hőmérsékleténél alacsonyabb savas atmoszférában történő kezelésével a polioximetilén szilárd halmazállapotú, amely elkerüli a repedéseket és a kötőanyag-összetevők forrása által okozott tágulást, kis deformációval és jó alaktartással rendelkezik. . Pontos méretszabályozás.

Ezenkívül a nagy diffúziós sebesség miatt más zsírtalanítási módszerekkel összehasonlítva a zsírtalanítási sebesség nagyobb, ami elérheti a hagyományos oldószerek leválasztási sebességének 10-szeresét, miközben lehetővé teszi a vastagabb méretű leválasztást.

Bár a POM alapú ragasztórendszernek számos fenti előnye van, számos hátránya is van.

A korrozív salétromsav gőzt gyakran használják katalizátorként a katalitikus leválasztási folyamatban. Egyrészt a polioximetilén a fröccsöntés előtti előkészítés és a fröccsöntés során bomlik, ami erősen mérgező formaldehidet eredményez, és a bomlástermékeket két lépésben kell elégetni. Másrészt a katalitikus szerepet játszó savas atmoszféra maróbb a berendezésre, és több beruházást igényel.

1.2.4 Vízbázisú ragasztók

A fent említett kötőanyagrendszerekben alkalmazott kötőanyag-bontó oldószerek (például heptán és hexán) vagy a kötőanyag-komponensek (aromás monomerek és formaldehid) bomlástermékei többé-kevésbé károsak a környezetre és a kezelőkre. Ezért nagy jelentősége van a környezetbarát oldószereket használó kötőanyagrendszer kidolgozásának.

A meglévő környezetbarát kötőanyag-rendszerek vizet használnak kötésoldó oldószerként.

A víznek az injekciós anyagok előállításában betöltött szerepe szerint az ilyen kötőanyagrendszerek két típusra oszthatók: gél alapú és nem gél alapú.

A nem gél alapú rendszerekben általánosan használt polimer a polietilénglikol, amely jobb tulajdonságokkal rendelkezik, olcsó és könnyen beszerezhető. Az alacsony molekulatömegű polietilénglikolok 60 fokon gyorsan és szinte teljesen eltávolíthatók, az általánosan használt polietilénglikolok molekulatömege pedig 500 és 2 000 között mozog. Az általánosan használt gerinc kötőanyag a 10 000 molekulatömegű polimetil-metakrilát.

polietilénglikol-polimetil-metakrilát-sztearinsav vízoldható kötőanyag-komponensét használta 69 százalékos porterhelés mellett.

A kísérletben a polietilén-glikolt 55 fokos vízben 5 órán keresztül, a polimetil-metakrilátot pedig 440 fokos forró argon áramlásban teljesen eltávolítottuk. Az elkészített minták végső oxigéntartalma (tömeghányad) 0,2 százalék, a megfelelő szakítószilárdság 850-880 MPa, a nyúlás 8,5-16 százalék volt, ami megfelel az ASTM 5 Ti szabványnak.

A gél alapú kötőanyagok többsége természetes anyag, például cellulóz, keményítőagar stb.

A Tokura agart használt a polimer kötőanyag helyettesítésére a titánpor fröccsöntés során, és tanulmányozta a kötőanyagrendszer hőstabilitását, oldhatóságát és injektálási viszkozitását.

A Metal Powder Report (MPR) egy tanulmányt számolt be a titánötvözetből készült szájimplantátumok agar alapú ragasztók felhasználásával történő előállításáról, amelyek agarból, vízből és gélerősítő anyagokból álltak.

Suzuki és munkatársai 97,3 százalékos relatív sűrűségű mintákat készítettek 4 tömegszázalékos agar (molekulatömeg 82 500) kötőanyag felhasználásával, a minták szén- és oxigéntömeghányada 0 volt.33 százalék és 0,3 százalék , a folyáshatár pedig 539 MPa volt. , a nyúlás körülbelül 10 százalék . A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy nagy molekulatömegű agart használva a gél szilárdsága nő, de a maradék szén- és oxigéntartalom magasabb, ami a szinterezett részek szinterezett sűrűségének csökkenését, a szakítószilárdság és a nyúlás csökkenését eredményezi.

A nem gél alapú vízbázisú kötőanyagok szabályozása egyszerű, a zsírtalanító berendezések olcsóbbak, mint a többi zsírtalanító módszer, a kötőanyagok biológiailag lebomlanak és nem mérgezőek a mikroorganizmusokra, de a zsírtalanító szennyvíz kezelése többletköltséget igényel.

A gél alapú kötőanyagrendszerű injektáló anyaggal előállított kész alkatrészek méretszabályozása nehézkes, az összetétel nem elég stabil, valamint a folyamat feltételei és a minőségellenőrzés is nehézkesek, további kutatások és optimalizálás szükségesek.

1.3 Fröccsöntés, kötés eltávolítása és szinterezés

A fröccsöntési folyamat paramétereit a fröccsöntési anyag tulajdonságai és a céltermék geometriája határozza meg.

Mint fentebb említettük, a titánpor részecskemérete általában durva. A rozsdamentes acél anyag fröccsöntésével összehasonlítva könnyen előállítható a por-kötőanyag elválasztási jelenség. A fröccsöntés előtt megfelelő fröccsöntési folyamat paramétereket kell megfogalmazni a fröccsöntött anyag reológiai tulajdonságainak megfelelően, hogy csökkentsék a formált test hibáit.

[Wang és mtsai] Ti–6Al–4V ötvözetet és porított viasz alapú kötőanyagrendszerrel kombinálva fröccsöntő anyagokat készítettek, valamint különböző porterhelések és hőmérsékletek mellett tesztelték és elemezték a fröccsöntő anyagok reológiai tulajdonságait, alapot adva a megfelelő formulázáshoz. fröccsöntési folyamat fröccsöntési paraméterei. .

Park et al. aeroszolizált titánport, HDH-titánport és szferoidizált HDH-titánport használtak az injektáló anyagok előállításához, mérték ezek reológiai tulajdonságait és leválasztási viselkedését, és javasolták az injekciós anyagok alakíthatósági indexét. A teljesítményt értékelték, és az elemzési eredmények elméleti alapot adtak a HDH por és az aeroszolos por egyidejű alkalmazásához az injekciós rendszerben.

Kísérleti és numerikus szimulációs folyamat alapján a kívánt mechanikai tulajdonságokkal rendelkező, hibamentes fém fröccsöntött alkatrészek előállításának optimális eljárási paramétereit Barriere és munkatársai tárgyalták, kétfázisú áramlási egyenleteket alkalmazó modellezési technikák és egy új. fejlesztés Az explicit algoritmus segítségével numerikus szimulációval valósítható meg az anyagleválasztás jelensége a befecskendezési folyamatban.

Chen et al. a hidrodehidrodehidrogénező Ti–6Al–4V előötvözött por és vízoldható kötőanyag rendszert használta injekciós anyagok előállítására, majd különböző vastagságú mintákban, különböző hőmérsékleten mérte a polietilénglikol, a vízoldható kötőanyag komponens eltávolítási sebességét, ill. képletet állított fel. A kötőanyagrendszer leválási mechanizmusának meghatározására diffúzióvezérelt lekötési matematikai modellt használtunk.

Sidambe et al. a Taguchi módszert használta a paraméterek optimális kombinációjának meghatározására, mint például az optimális szinterezési hőmérséklet, idő, fűtési sebesség és légkör.

Sem et al. pálma-sztearin és polietilén kötőanyag-rendszert használt a Ti-6Al-4V injekciós anyag elkészítéséhez, a Taguchi-módszert pedig az optimális gyártási folyamat megfogalmazásához, végül 934,4 MPa folyáshatárú mintát és egy 10 százalékos megnyúlás. Összességében megfelelnek az ASTM B348-02 Medical Titanium Alloys követelményeinek.

Obasi et al. Az ASTM B348-02 titánötvözet 23-as minőségi követelményeinek megfelelő tulajdonságokkal rendelkező Ti–6Al–4V próbatesteket készítettünk, és az alapvető folyamatparaméter-rendszer változásainak hatását vizsgáltuk a Ti–6Al–4V por MIM komponensek hőleválasztási és szinterezési folyamatára. .

Limberg et al. Ti–45Al–5Nb–0.2B–0.2C-t állított elő elemi porok összekeverésével a fröccsöntési folyamat során, valamint tanulmányozta a szinterezési idő és a szinterelési atmoszféra hatását a szakítótulajdonságokra és a mikroszerkezetre, ill. rezisztenciaellenes tulajdonságokat kapott. Kb. 630 MPa szakítószilárdságú minta.

Guo et al. fröccsöntési technológiával tiszta titán és Ti–6Al–4V anyagokat állított elő, hőkezelési eljárások, például melegizosztatikus préselés és izzítás hatását vizsgálta az ötvözött anyagok tulajdonságaira, valamint minőségileg jellemezte a hőkezelés hatását mikroszerkezeti és mechanikai tulajdonságokkal. tesztelés. és mennyiségi jellemzése, mikroszerkezetét a 4. ábra mutatja.

Az injektáló anyagot gázporlasztott titánpor, hidrogénezett titánpor és viasz alapú kötőanyag rendszer összekeverésével állítják elő. A fröccsöntés után az oldószert heptán és etanol elegyében leválasztjuk, és a hőmérsékletet 350, 420 °C-ra emeljük. 600 °C-on tartás után a kötőanyagot teljesen eltávolítjuk, és a szinterezési hőmérséklet 1230 °C volt 3 órán keresztül. Végül a szinterezett minták szakítótulajdonságai 389-419 MPa, a nyúlás pedig 2 százalék -4 százalék volt.

Ennek a kutatócsoportnak a tagjai gázporlasztott titánpor és vízoldható kötőanyag rendszert alkalmaztak tiszta titán minták készítésére, valamint a szinterezési hőmérséklet és a tartási idő hatását vizsgálták a tiszta titán minták tulajdonságaira. 3 Pa vákuum, 1350 fokos szinterezési hőmérséklet és 3 órás tartás után 20,3 százalékos nyúlás, ami teljes mértékben megfelel az ASTM F2989-13 porkohászati ​​teljesítmény optimális mintájának, relatív sűrűsége 96,9 százalék, szakítószilárdsága 443 MPa, orvosbiológiai fokozat II. tiszta titán szabvány.

4. ábra Viasz alapú alapanyagokból előállított Ti (a) és Ti-6Al-4 V (b) minták mikroszerkezetei

2 Új titán és titánötvözet fröccsöntő anyagok

A titánt és a titánötvözeteket jelenleg széles körben használják ortopédiai, fogászati ​​eszközökben és orvosi implantátumokban, de mechanikai tulajdonságaik és az emberi csont mechanikai tulajdonságai közötti különbség miatt (rugalmassági modulus kb. 20 GPa) a csontnál keletkezik. /implant interfész. A hosszú távú klinikai hatásokat eredményező stresszvédő hatás nagymértékben sérülhet, amint az az 5. ábrán látható.

Ezért a kutatók úgy módosították a titán anyagok mechanikai tulajdonságait, hogy megváltoztatták a titán anyagok szerkezetét és ötvözet-összetételét, hogy azok közelebb kerüljenek a természetes emberi csontok szerkezetéhez és tulajdonságaihoz.

5. ábra Orvosbiológiai titánötvözetek rugalmassági modulusának összehasonlítása

2.1 Porózus titán anyagok és titán-kerámia kompozitok

A porózus titán anyagok és az új titánötvözet rendszeranyagok megfelelő pórusszerkezettel és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, és ideálisak az ortopédiai pótláshoz.

Egyrészt hatékonyan tudja csökkenteni az implantátum és a csontszövet közötti stresszeltérést, ezáltal csökkentve a feszültségvédő hatást, megvalósítva az implantátum tartós és hatékony működését; másrészt a porózus szerkezet szükséges feltétele a csontsejtek implantátumba való növekedésének. Az egymással összefüggő porózus szerkezet nagy mennyiségű testfolyadék átjutását teszi lehetővé, ami tovább elősegítheti a csontsejtek növekedését.

Gu és mtsai. új típusú, nyitott pórusú szerkezetű TC4 ötvözetet alkotott úgy, hogy titán-alumínium-vanádium elemporhoz habosítószerként és hatóanyagként TiH2-t adtunk. A pórusméret-eloszlás egyenletes, a pórusméret 90–190 μm, a porozitás pedig körülbelül 43–59 százalék. , a rugalmassági modulus 5,8 és 9,5 GPa között mozog. Engin et al. [35] por fröccsöntést (PIM) használt pórusképző szer technológiával kombinálva mikropórusos titánötvözetek előállítására, és tanulmányozta a polimetil-metakrilát pórusképző szer mennyiségének az ötvözet sűrűségére és nyomásállóságára gyakorolt ​​hatását. és a rugalmassági modulus.

Tuncer et al. porlasztott gömb alakú por, HDH titán por és viasz alapú kötőanyag rendszert használt, bizonyos mennyiségű NaCl és KCl hozzáadásával pórusképző szerként, hogy tanulmányozza a kezdeti por hatását a végső porózus titán termék teljesítményére, és tovább a pórusképző szer beállításával. A szer adagolása szerint az orvosi implantátumhoz szükséges porozitású és pórusméretű porózus titán anyag nyerhető, és az anyag kémiai összetétele megfelel a harmadlagos tiszta titán szabványának.

Chen et al. pórusképző szerként NaCl-t használtak hidrogénezett titánpor viasz alapú injektálással kombinálva fröccsöntő minták készítésére. A NaCl mennyiségének beállításával az injekciós rész belsejében összekötő lyuk alakítható ki, melynek mechanikai tulajdonságai hasonlóak a szivacsos csontéhoz.

Barbosa et al. először használt Fe22Cr port különböző kötőanyagrendszerek injektáló anyagainak reológiai tulajdonságainak tesztelésére. A teljesítményvizsgálati eredmények alapján a megfelelő viasz alapú kötőanyag rendszert választottuk ki, majd Ti porral és NaCl pórusképző szerrel kombináltuk melegsajtoláshoz és többkomponensű fröccsöntéshez. , egy sűrű külső porózus maggal és porozitási gradienssel rendelkező gerincimplantátum komponenst állítottunk elő zsírtalanítással és szintereléssel.

6. ábra Porózus titán fröccsöntő alkatrész NaCl-t használva tértartóként

A hidroxiapatit (HA) egyedülálló előnyökkel rendelkezik a csontpótlásban és a csontrekonstrukcióban kémiai összetételének és kristályszerkezetének köszönhetően, mint természetes emberi csontszövet, és egyre fontosabb szerepet kezdett játszani az orvosbiológiai eszközökben. .

A HA azonban törékeny és rossz mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, ezért önmagában nem használható teherhordó alkatrészként. Ezért egy új típusú orvosbiológiai anyag jelent meg, amely HA-ból és titánból áll.

Thian et al.] Ti6Al4V/HA kompozitok fröccsöntéssel történő előállítását tanulmányozta. Először a Ti6Al4V/HA kompozit port állítottuk elő kerámia kicsapásos módszerrel, majd az elkészített port összekevertük a kereskedelmi forgalomban kapható PAN-250S kötőanyaggal az injektáló anyag elkészítéséhez. Vizsgálták az injektáló anyag reológiai tulajdonságait, és tanulmányozták a felmelegedési sebességet a leválási folyamat során. A leválóatmoszféra és a leválóatmoszféra gázáramlási sebességének hatása a bontott rész hibáira, a kötőanyag eltávolítás mennyiségére és a maradék széntartalomra; a szinterezési folyamat paramétereinek befolyása (hevítési sebesség, szinterezési hőmérséklet, tartási idő, hűtési sebesség stb.) A kapott minta porozitása körülbelül 50 százalék volt; ezen túlmenően az elkészített Ti6Al4V/HA anyag testnedv-környezetben zajló biológiai lebomlási folyamatát elemeztük és jellemeztük a mechanikai tulajdonságok vizsgálati eredményeivel.

2.2 Új titánötvözet anyagok

Az orvosbiológiai terület a titán anyagok alkalmazásának fontos ága, alkalmazási keresleti iránya közvetlenül befolyásolja a titán anyagok fejlődési trendjét.

A korai titán anyagok főként tiszta titán (fázis), de a tiszta titán anyagok alacsony szilárdságúak és gyenge kopásállósággal rendelkeznek, majd nagy szilárdságú és nagy szívósságú plusz típusúak, amelyeket a Ti6Al4V, Ti6Al7Nb és Ti5Al2.5Fe ötvözet képvisel.

Aust et al. Sikeresen gyártott csontcsavar anyagokat kiváló teljesítménnyel Ti6Al7Nb por- és viaszalapú kötőanyag-rendszerrel (paraffin plusz PE plusz sztearinsav), amint az a 7. ábrán látható, 97,6 százalékos relatív sűrűséggel, 815 MPa szakítószilárdsággal és hozamgal. szilárdsága 714 MPa. Megnyúlás 8,7 százalék.

A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a széles körben használt titán-alumínium-vanádium ötvözetben és titán-alumínium-nióbium ötvözetben található ötvözetelemek, mint például az Al és V, citotoxikus Al- és V-elem-ionokat szabadítanak fel, miután az implantátum bejutott az emberi szervezetbe, és károsítja az emberi szervezetet. . .

Ennek eredményeként a kutatók egy új generációs titánötvözet rendszer fejlesztését végezték el, amely Nb-t, Ta-t, Zr-t, Mo-t, Sn-t és más biológiai biztonsági elemeket tartalmaz Al és V elemek nélkül.

Jelenleg a kifejlesztett és kutatott biotitánötvözetek főként a Ti-15Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-35Nb-7 Zr-5Ta, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr és Ti- 29Nb-13Ta-4.6Zr et al [44]. Az őrlési technológia korlátai és egyéb szempontok miatt ezeket az ötvözetrendszereket ritkán használják porfröccsöntési eljárásokban.

Zhao et al. fröccsöntési kísérleteket végzett titánpor és nióbiumpor felhasználásával, és sikeresen állított elő egy TiNb kétfázisú ötvözetet, amelynek relatív sűrűsége körülbelül 95 százalék volt. Zöldtestek, bontott részek és szinterezett részek mechanikai tulajdonságainak tesztelésével, valamint különböző ötvözet-összetételű szinterezéssel Az Nb-tartalom hatását az ötvözet mikroszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira a megfigyelés és az összehasonlítás összehasonlításával vizsgáltuk. az ötvözet mikroszerkezete.

Arockiasamy et al. Ti5Fe5Zr ötvözetet készítettünk Fe és Zr elemek hozzáadásával HDH tiszta titánporhoz, és megmértük az ötvözet mechanikai tulajdonságait. gépezet.

A MIM által készített Ti6Al7Nb csontcsavar

3. Outlook

A titán és a titánötvözetek alacsony fajsúlya, nagy fajlagos szilárdsága, kiváló biokompatibilitása és oxidációval szembeni ellenállása, valamint jó korrózióállósága kiválóan alkalmassá teszi őket a repülőgépiparban, az orvosi, vegyipari, autóipari és napi fogyasztási cikkekben. Fejlődési potenciál.

A hagyományos feldolgozási technikákkal, például kovácsolással, öntéssel és megmunkálással összehasonlítva a porfröccsöntés nyilvánvaló előnyökkel rendelkezik, egységes ötvözet-összetétellel, magas nyersanyag-felhasználási aránysal és nagy méretű összetett alkatrészek erős gyártási kapacitásával, ami nagyban elősegítheti a titán előállítását. és titánötvözetből készült termékek. és alkalmazás.

Bár némi előrelépés történt a titán és titánötvözetek fröccsöntésének kutatásában, a tényleges ipari gyártási folyamatban a jó minőségű por alapanyagok ára viszonylag magas, az új, jó minőségű titánötvözet rendszerek átalakítása és alkalmazása. a fröccsöntéshez nem elegendő, és nehéz ellenőrizni a termékek kémiai összetételét. Egy sor problémát, például nagyobbakat, még meg kell oldani.

Emellett a mikrorendszer-technológia elmúlt évekbeli rohamos fejlődésével a mikrorendszerekben használt mikrokomplex komponensek iránti kereslet folyamatosan növekszik. A porfröccsöntést a hagyományos terméktípusokról át kell állítani a mikrotermékekre, és fejleszteni kell a por mikrofröccsöntéssé. alakító technológia.

Jelenleg a legtöbb mikro-fröccsöntő technológia a polimerre, rozsdamentes acélra és más anyagrendszerekre összpontosít. A titán és titánötvözetek mikro-fröccsöntésével kapcsolatban még sok problémát kell vizsgálni.

Ezért a titán és titánötvözet fröccsöntéssel kapcsolatos kutatásának fejlesztése során az új titánötvözet rendszerek kutatására és fejlesztésére, az alacsony költségű, jó minőségű titánötvözet por-előkészítési technológiájának fejlesztésére, valamint a titán mikro-fröccsöntésével kapcsolatos kutatásokra kell összpontosítani. mikro- és komplex eszközökhöz alkalmas anyagok.

A titán és titánötvözet fröccsöntési technológiájának mélyreható kutatásával úgy gondolják, hogy a titán és a titánötvözet fröccsöntési technológiája nagy előrelépést fog elérni, majd elősegíti a titánipar gyors fejlődését.

Postcasting folyamat

1. Hőkezelés: lágyítás, karbonizálás, temperálás, kioltás, normalizálás, felületi temperálás

2. Feldolgozó berendezések: CNC, WEDM, eszterga, marógép, fúrógép, köszörű stb.;

3. Felületkezelés: porszórás, krómozás, festés, homokfúvás, nikkelezés, horganyzás, feketítés, polírozás, kékítés stb.

Formák és ellenőrző szerelvények

1. Forma élettartama: általában félig állandó. (kivéve az elveszett habot)

2. Forma szállítási idő: 10-25 nap, (a termék szerkezetétől és méretétől függően).

3. Szerszámok és öntőforma karbantartása: Zhongwei felelős a precíziós alkatrészekért.

Minőség ellenőrzés

1. Minőségellenőrzés: a hibák aránya kisebb, mint 0,1 százalék .

2. A mintákat és a próbaüzemet 100 százalékban ellenőrzik a gyártás során és a szállítás előtt, mintavizsgálatot a tömeggyártáshoz az ISDO szabványok vagy az ügyfél követelményei szerint

3. Vizsgáló berendezések: hibaészlelő, spektrumanalizátor, arany képelemző, háromkoordinátás mérőgép, keménységvizsgáló berendezés, szakítószilárdságvizsgáló gép.