仿生多孔金屬材料成型工藝的研究.pdf

1、多孔金屬材料以其優(yōu)異的生物相容性、力學(xué)性能在仿生材料領(lǐng)域倍受關(guān)注。研究性能優(yōu)良的多孔金屬材料作為人骨修復(fù)和替代材料具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。為此，本文就多孔金屬材料的成型技術(shù)與工藝進(jìn)行了研究，分析了多孔金屬的孔隙成形機(jī)理，確定了孔隙率對(duì)材料力學(xué)性能的影響規(guī)律，為多孔金屬材料的仿生制造研究提供可靠的技術(shù)支持。 以鐵粉為試驗(yàn)原料，采用溫壓．燒結(jié)法，研究了聚合物含量、壓制壓力、壓制溫度、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)多孔金屬材料成

2、形后的孔隙率及力學(xué)性能的影響關(guān)系，確定了孔隙率對(duì)多孔金屬材料彈性模量的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明：孔隙的形成是由金屬粉體原料中本身存在大量空隙與高聚物經(jīng)燒結(jié)分解形成孔隙所致，改變?cè)囼?yàn)原料中的聚合物含量，可以對(duì)孔隙率進(jìn)行有效的控制。多孔金屬材料彈性模量隨著其孔隙率的增大而降低。當(dāng)聚合物含量為4～5wt％，壓制壓力為400MPa～600MPa，壓制溫度為140±1℃，燒結(jié)溫度為1200℃～1300℃，燒結(jié)時(shí)間為2h時(shí)，制備的多孔金屬材料滿足仿生

3、人骨的力學(xué)性能要求，其孔隙率與孔型結(jié)構(gòu)為多孔金屬材料的選擇性激光燒結(jié)成形奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，減少了研究成本與激光器的使用。 以316L不銹鋼粉為試驗(yàn)原料，采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)，研究了激光功率、掃描速度和掃描間距等工藝參數(shù)對(duì)多孔金屬材料成型后的孔隙性能和彈性模量的影響規(guī)律。借助環(huán)境掃描電鏡，分析了激光參數(shù)對(duì)孔隙形貌的影響。其結(jié)果顯示：選擇性激光燒結(jié)技術(shù)制備多孔金屬的孔隙成形機(jī)理是燒結(jié)金屬粉末熔融球化，大量球體堆積后形成連通的孔隙，球

4、化尺寸越大，孔徑越小。隨著激光功率增大、掃描速度減慢和掃描間距的減小，金屬粉末單位時(shí)間、單位面積內(nèi)吸收的激光熱量增多，球化尺寸增大，燒結(jié)頸變大，同時(shí)平均孔徑減小，孔隙形貌趨于球形，彈性模量得到提高。 確定出制備316L不銹鋼仿生多孔金屬材料最佳成型激光工藝參數(shù)為：激光功率90W～100W，掃描速度21mm／s～23mm/s，掃描間距0.165mm；所得多孔金屬材料孔隙率為33.4％～37.8％，最大孔徑308μm，最小孔徑23μ