Bộ phận phun kim loại đầu gôn bằng hợp kim titan

Công nghệ đúc phun kim loại titan và hợp kim titan (MIM) có thể thực hiện việc chuẩn bị quy mô lớn và chi phí thấp của các sản phẩm titan hình phức hợp vừa và nhỏ, có ý nghĩa to lớn đối với việc thúc đẩy sản xuất và ứng dụng titan và hợp kim titan Mỹ phẩm. Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. là một tập hợp của đúc kim loại hợp kim đồng, đúc kim loại trên sắt, đúc kim loại dựa trên thép không gỉ, đúc kim loại hợp kim nhôm, đúc kim loại hợp kim niken, ép kim loại hợp kim coban đúc, đúc kim loại hợp kim vonfram Một doanh nghiệp công nghệ cao toàn diện tích hợp R & D, sản xuất và kinh doanh đúc phun, các bộ phận phun kim loại đầu gôn bằng hợp kim Titan, đúc kim loại cacbua xi măng và các bộ phận cấu trúc luyện kim bột.

Sản phẩm Dessự chỉ trích

1. Tiêu chuẩn thực hiện: công ty nghiêm túc thực hiện chứng nhận ISO9001, ISO14001, IATF16949

Các sản phẩm đã thông qua chứng nhận của ROHS, FDA EU, v.v.

2. Tiêu chuẩn vật liệu sản phẩm: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Các quy trình chính: đúc kim loại MIM, luyện kim bột PM, đúc đầu tư, đúc khuôn nhôm,

4. Nguyên liệu có sẵn cho luyện kim bột:

Hợp kim đồng, cơ sở sắt, hợp kim titan, cơ sở thép không gỉ, hợp kim nhôm, hợp kim niken, hợp kim coban, hợp kim vonfram, cacbua xi măng, hợp kim hydroxy, vật liệu từ mềm và in 3D có thể được tùy chỉnh theo yêu cầu của khách hàng.

Nghiên cứu và Ứng dụng

Quy trình ép phun bột kim loại thường bao gồm một số quy trình cơ bản như chuẩn bị vật liệu phun, ép phun, debonding, thiêu kết và xử lý hậu kỳ cần thiết.

Như thể hiện trong Hình 1, bột kim loại và các thành phần chất kết dính hữu cơ được trộn, nhào và tạo hạt để chuẩn bị vật liệu phun, sau đó vật liệu phun được bơm vào khuôn ở một nhiệt độ và áp suất nhất định, và sau khi làm nguội, nó được dập tắt có được một vật liệu tiêm cụ thể. Phần thân màu xanh lá cây của sản phẩm được tạo hình sau đó được trải qua một quá trình xử lý kết dính để loại bỏ tất cả các thành phần hữu cơ ngoại trừ bột kim loại có trong phần thân màu xanh lá cây để trở thành phần thân màu xanh lá cây, và cuối cùng được thiêu kết để thu được các bộ phận phun kim loại đầu gôn bằng hợp kim Titan với các đặc tính mong muốn.

Công nghệ ép phun bột kim loại hiện thực hóa sự kết hợp hữu cơ giữa công nghệ ép phun và luyện kim bột truyền thống, khắc phục chi phí cao của quá trình gia công, hình dạng đơn giản của quy trình đúc truyền thống, hiệu suất sản xuất thấp của quy trình ép và phun đẳng áp, và quy trình đúc truyền thống . Nhược điểm nhiều khuyết tật và độ chính xác dung sai thấp đã thúc đẩy mạnh mẽ việc sản xuất và ứng dụng các sản phẩm titan và hợp kim titan (như hình 2).

Hình 1 Biểu đồ dòng chảy của titan và hợp kim titan do MIM sản xuất

Hình 2 Các ứng dụng của titan và hợp kim titan do MIM sản xuất

Sau đây giới thiệu các đặc điểm và ưu điểm của bộ phận phun kim loại đầu gôn bằng hợp kim Titan, và tóm tắt tiến trình nghiên cứu công nghệ đúc bột kim loại titan và hợp kim titan từ nguyên liệu bột, hệ thống chất kết dính thường được sử dụng, ép phun, debonding và thiêu kết. Các vấn đề chính tồn tại, và hướng nghiên cứu về đúc bột kim loại titan và hợp kim titan được phân tích.

1. Tình hình nghiên cứu đúc bột kim loại titan và hợp kim titan

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các đặc tính cơ học, khả năng chống ăn mòn và các đặc tính y sinh của các sản phẩm đúc bằng hợp kim titan và titan bị ảnh hưởng rất nhiều bởi mật độ tương đối, hàm lượng tạp chất, các nguyên tố hợp kim và cấu trúc vi mô.

Sau khi sản phẩm ép phun được thiêu kết, mật độ tương đối của nó là khoảng 95 phần trăm, và sẽ có một tỷ lệ nhất định của các lỗ rỗng.

Các lỗ rỗng dư này sẽ trở thành nguồn gốc của vết nứt khi mẫu bị đứt gãy, và có ảnh hưởng lớn đến các tính chất cơ học của vật liệu như độ bền kéo, độ dẻo, độ dai đứt gãy và độ bền mỏi. Do đó, mật độ tương đối của các sản phẩm đúc phun titan và hợp kim titan càng cao thì các tính chất cơ học của nó càng tốt.

Các nguyên tố tạp chất như oxy, carbon, nitơ, hydro, v.v., đặc biệt là oxy, sẽ làm tăng cường độ chảy, độ bền kéo và độ cứng của vật liệu, đồng thời làm giảm độ dẻo. Các nguyên tố tạp chất được hòa tan trong titan nền ở nhiệt độ thiêu kết. Do không có chất khử hiệu quả nên rất khó kiểm soát các nguyên tố tạp chất của titan và hợp kim titan trong quá trình thiêu kết. số lượng.

Cấu trúc vi mô của titan và hợp kim titan, bao gồm kích thước hạt và thành phần pha sau khi nung kết, có thể ảnh hưởng đến các tính chất cơ học của vật liệu. Kết hợp với nhau, vật liệu hợp kim titan và titan đúc phun với hiệu suất tuyệt vời có mật độ cao hơn, hàm lượng tạp chất thấp (thường là hàm lượng oxy), thành phần hợp kim thích hợp, hạt mịn và ít khuyết tật hơn trong quá trình đông đặc.

1.1 Nguyên liệu dạng bột

Việc lựa chọn nguyên liệu thô là một bước quan trọng trong quy trình đúc phun bột titan. Sự phân bố kích thước hạt và hình thái của bột ảnh hưởng trực tiếp đến độ chảy và khả năng tạo thành của vật liệu phun, sự duy trì hình dạng của phần thân xanh trong quá trình kết dính và sự co lại trong quá trình thiêu kết.

Hiện nay, các phương pháp điều chế bột titan và hợp kim titan thường được sử dụng bao gồm phương pháp cơ học và phương pháp nguyên tử hóa.

Hình dạng của bột thu được bằng cách xay xát cơ học (chẳng hạn như nghiền bi, nghiền bi, phay bi rung năng lượng cao và phay phản lực, v.v.) nói chung là không đều hoặc có góc cạnh.

Quá trình hydro hóa khử hydro (HDH) là tận dụng lợi thế của titan bị lõm rõ ràng sau khi hấp thụ hydro, nghiền nó bằng cách nghiền cơ học hoặc nghiền thành bột phản lực, và sau đó trải qua quá trình khử hydro để thu được bột titan có hình dạng không đều, như thể hiện trong Hình 3 (a) minh họa . Các phương pháp nguyên tử hóa (chẳng hạn như nguyên tử hóa khí trơ, nguyên tử hóa điện cực quay bằng chùm tia plasma và nguyên tử hóa khí nóng chảy cảm ứng điện cực) có thể được thực hiện trong môi trường hoàn toàn trơ để duy trì độ tinh khiết cao của bột thô, dẫn đến hình cầu và sự phân bố kích thước hạt. khá rộng và có đặc tính đóng gói tốt, như trong Hình 3 (b).

Ngoài ra, khác với công nghệ sản xuất bột thép, bột titan với kích thước hạt mịn hơn khó sản xuất hơn. Khi kích thước hạt giảm, diện tích bề mặt riêng tăng, và hàm lượng các nguyên tố tạp chất cũng tăng lên.

Thông thường, kích thước hạt của bột titan được sử dụng trong MIM nhỏ hơn 45 μm. Khi kích thước hạt của bột quá lớn, trong quá trình phun dễ xảy ra hiện tượng tách chất kết dính bột, dẫn đến khuyết tật. Nó cần được xem xét đầy đủ trong việc thiết kế thành phần vật liệu phun và thiết kế khuôn.

Hình 3 HDH (a) và bột titan dạng khí (b) được sử dụng trong MIM

1.2 Chất kết dính

Chất kết dính là chất mang tồn tại trong các giai đoạn trong suốt quá trình ép phun. Chức năng chính của nó là làm cho bột lấp đầy khuôn đồng nhất ở trạng thái lỏng, tạo thành hình dạng mong muốn và duy trì nó cho đến giai đoạn trước khi thiêu kết.

Trong quá trình ép phun, chất kết dính phải có các đặc điểm sau: nhiệt độ nóng chảy thấp, khả năng thấm ướt tốt đối với các hạt bột và đóng rắn nhanh, thuận tiện cho việc chuẩn bị vật liệu phun; tính lưu động tốt ở nhiệt độ tiêm; Sau khi nhào nặn Có thể dễ dàng loại bỏ phần thân xanh, ít chất còn sót lại, sản phẩm phân hủy không độc hại và không bị ăn mòn.

Nói chung, thành phần chất kết dính chứa ít nhất một thành phần chính và một thành phần phụ:

Thành phần chính được sử dụng để làm ướt các hạt bột kim loại và cung cấp độ lưu động cần thiết, trong khi thành phần phụ đảm bảo rằng cơ thể tiêm vẫn có đủ sức mạnh trong quá trình tiêm và sau khi loại bỏ thành phần chính kết dính.

Trong hầu hết các trường hợp, hệ chất kết dính có thành phần thứ ba, chẳng hạn như chất hoạt động bề mặt, để cải thiện tính tương thích giữa bột kim loại và polyme.

Theo thành phần chính của các thành phần chất kết dính, hệ thống chất kết dính thường được sử dụng có thể được chia thành hệ thống dựa trên sáp, hệ thống dựa trên hợp chất thơm, hệ thống polyoxymethylene và hệ thống dựa trên nước.

1.2.1 Keo dán gốc sáp

Sáp thường được sử dụng cho chất kết dính hệ thống dựa trên sáp bao gồm một số polyme chuỗi ngắn như parafin, sáp ong và sáp cọ. Chúng có điểm nóng chảy thấp, khả năng thấm ướt tốt, chuỗi phân tử ngắn và độ nhớt thấp, và sự thay đổi thể tích của chúng nhỏ hơn so với các polyme khác khi bị phân hủy. , điều này có lợi để đảm bảo độ chính xác về kích thước của sản phẩm.

Các thành phần thứ cấp thường được sử dụng của các hệ thống dựa trên sáp là chất đồng trùng hợp polypropylene, polyethylene, ethylene-vinyl acetate và polymethyl methacrylate trọng lượng phân tử cao, v.v. Ngoài sáp và chất kết dính xương sống, một chất hoạt động bề mặt, chẳng hạn như axit stearic, được sử dụng để cải thiện khả năng tương thích giữa bột và polyme.

Hệ thống chất kết dính dựa trên sáp sớm nhất được báo cáo trong tài liệu là Kaneko et al. sử dụng parafin-poly-n-butyl metacrylat-etylen vinyl axetat copolyme-dibutyl phthalate làm chất kết dính để trộn với bột titan để chuẩn bị vật liệu tiêm. , tải bột 56 phần trăm, và thiêu kết ở 1300 độ và 1,3 Pa sau khi đóng gói. Mẫu thiêu kết thu được có tỷ trọng tương đối là 94 phần trăm và cường độ nén là 1000 MPa, nhưng hầu như không có độ dẻo do hàm lượng tạp chất quá cao.

đã nghiên cứu một quy trình debonding hai bước kết hợp debonding chân không và debonding khí quyển argon, làm giảm đáng kể hàm lượng carbon và oxy trong các bộ phận thiêu kết.

Guo và cộng sự. đã thay thế một phần của parafin bằng polyetylen glycol có khả năng thấm ướt tốt hơn, đã phát triển hệ thống kết dính axit parafin-polyetylen glycol-polyetylen-polypropylen-stearic và được sử dụng trong quá trình đúc phun titan nguyên chất và hợp kim titan-nhôm-vanadi, các bộ phận thiêu kết có khả năng giữ hình dạng tốt và dao động kích thước nhỏ. Do giảm hàm lượng oxy và carbon, hiệu suất cũng được cải thiện đáng kể, và thu được hiệu suất tốt hơn.

Ngoài ra, một số nhà nghiên cứu sử dụng sáp cọ để thay thế một phần parafin và dầu cọ để thay thế hoàn toàn parafin [14] cho các hệ thống kết dính gốc sáp, và hiệu quả tạo hình cũng rất tốt, nhưng do nguyên tố oxy chứa trong bản thân sáp cọ cũng Nguồn oxy nên hàm lượng carbon và oxy của sản phẩm cuối cùng cao hơn một chút, và cơ tính không tốt bằng hệ parafin.

Hệ thống chất kết dính dựa trên sáp tối ưu được báo cáo trong tài liệu được đề xuất bởi Friederici và cộng sự. . Trong quá trình thử nghiệm, tỷ lệ parafin, polyetylen tỷ trọng thấp và axit stearic đã được điều chỉnh để tạo thành bốn tỷ lệ chất kết dính. Thông qua các quá trình hình thành, kết dính và thiêu kết của các vật liệu tiêm khác nhau, các mẫu có mật độ tương đối 98,1 phần trăm và thành phần hóa học đáp ứng titan tinh khiết thứ cấp đã được thu được.

Hệ thống chất kết dính dựa trên sáp chiếm một vị trí quan trọng trong ép phun, nhưng vì hệ thống kết dính dựa trên sáp sử dụng dung môi hữu cơ để khử liên kết dung môi và có hiệu quả tẩy dầu mỡ thấp, các nhà nghiên cứu tiếp tục đổi mới trên cơ sở này và phát triển các chất kết dính mới. hệ thống đại lý.

1.2.2 Chất kết dính dựa trên hợp chất thơm

Các hợp chất thơm (như naphthalene, anthracene, v.v.) có thể bị hòa tan ở nhiệt độ rất thấp. Trong điều kiện áp suất thấp, chúng có thể chuyển trực tiếp từ chất rắn sang chất khí bằng cách thăng hoa ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của chúng. Các hợp chất thơm được dùng làm chất kết dính. Việc tách có thể cải thiện đáng kể hiệu quả của quá trình debonding.

Weil và cộng sự. hợp chất thơm được sử dụng trong đúc phun bột titan. Trong nghiên cứu của mình, hợp kim titan-nhôm-vanadi đậm đặc và hợp kim titan-nhôm-vanadi xốp được điều chế bằng cách sử dụng naphthalene, 1 phần trăm axit stearic và 3 phần trăm -12 phần trăm ethylene vinyl axetat đồng trùng hợp làm chất kết dính.

Trong quá trình thử nghiệm, vì naphthalene được thăng hoa trực tiếp thành khí và thải ra ngoài, không có pha lỏng nào xuất hiện trong quá trình debonding và thể tích mẫu không thay đổi, và không giống như tẩy dầu bằng dung môi, năng lượng bề mặt liên quan đến phương pháp thăng hoa thấp, điều này có nghĩa là phổ biến. các khuyết tật tẩy dầu mỡ như biến dạng. Có thể tránh được nứt, v.v ..., thí nghiệm cuối cùng đã thu được tỷ trọng tương đối của mẫu thiêu kết là 96,6 phần trăm, và hàm lượng cacbon không tăng.

Mặc dù hệ thống chất kết dính đã đạt được hiệu suất sản phẩm tuyệt vời, các hợp chất thơm trong hệ thống vẫn có tác động đến môi trường và sức khỏe thể chất, và chưa được theo dõi bởi các nghiên cứu và ứng dụng quy mô lớn.

1.2.3 Chất kết dính dựa trên POM

Polyoxymethylene lần đầu tiên được sử dụng trong hệ thống kết dính bởi Celanese Corp vào năm 1984, và sau đó được phát triển bởi BASF, giúp các thành phần kết dính có thể không chứa sáp và các thành phần có trọng lượng phân tử nhỏ.

Polyoxymethylene là thành phần chính của hệ thống chất kết dính, và polyethylene (PE) dần dần được thêm vào như một chất kết dính khung xương trong quá trình phát triển sau này.

Dựa trên hệ thống chất kết dính này, BASF hiện đang tạo ra các hợp chất ép phun bao gồm nhiều loại vật liệu bao gồm thép hợp kim thấp, thép không gỉ, thép công cụ, titan và hợp kim titan và gốm sứ.

Đặc tính đáng chú ý của polyoxymethylene là nó nhạy cảm hơn với thuốc thử có tính axit và dễ bị axit phân hủy. Do đó, bằng cách xử lý thân xanh trong môi trường có tính axit thấp hơn nhiệt độ làm mềm của nó, polyoxymethylene ở trạng thái rắn, tránh được các khuyết tật như vết nứt và giãn nở do sôi các thành phần chất kết dính, đồng thời có biến dạng nhỏ và giữ hình dạng tốt. . Kiểm soát kích thước chính xác.

Ngoài ra, do tốc độ khuếch tán lớn, so với các phương pháp tẩy dầu mỡ khác, tốc độ tẩy dầu mỡ cao hơn, có thể đạt gấp 10 lần tốc độ khử kết dính của dung môi truyền thống, đồng thời cho phép khử keo với kích thước dày hơn.

Mặc dù hệ thống kết dính dựa trên POM có nhiều ưu điểm nêu trên, nhưng nó cũng có nhiều nhược điểm.

Hơi axit nitric ăn mòn thường được sử dụng làm chất xúc tác trong quá trình khử liên kết xúc tác. Một mặt, polyoxymethylene có thể bị phân hủy trong quá trình chuẩn bị trước khi tiêm và giai đoạn ép phun, tạo ra formaldehyde có độc tính cao và các sản phẩm phân hủy cần phải được đốt trong hai bước. Mặt khác, môi trường axit đóng vai trò xúc tác có tính ăn mòn thiết bị cao hơn và cần đầu tư nhiều hơn.

1.2.4 Chất kết dính gốc nước

Các dung môi khử liên kết (như heptan và hexan) hoặc các sản phẩm phân hủy của các thành phần chất kết dính (monome thơm và formaldehyde) được sử dụng trong các hệ thống chất kết dính nói trên đều ít nhiều gây hại cho môi trường và người vận hành. Vì vậy, việc phát triển hệ thống chất kết dính sử dụng dung môi thân thiện với môi trường có ý nghĩa rất lớn.

Các hệ thống chất kết dính thân thiện với môi trường hiện tại sử dụng nước làm dung môi khử kết dính.

Theo các vai trò khác nhau của nước trong việc chuẩn bị vật liệu tiêm, hệ thống chất kết dính như vậy có thể được chia thành hai loại: dựa trên gel và không dựa trên gel.

Một loại polymer thường được sử dụng cho các hệ thống không dựa trên gel là polyethylene glycol, có các đặc tính tốt hơn, rẻ tiền và sẵn có. Polyetylen glycol có trọng lượng phân tử thấp có thể được loại bỏ nhanh chóng và gần như hoàn toàn ở 60 độ, và trọng lượng phân tử của polyetylen glycol thường được sử dụng nằm trong khoảng từ 500 đến 2 000. Chất kết dính xương sống thường được sử dụng là polymethyl methacrylate với trọng lượng phân tử 10.000.

đã sử dụng thành phần chất kết dính hòa tan trong nước của axit polyethylene glycol – polymethyl methacrylate – stearic với tải trọng bột là 69%.

Trong thử nghiệm, polyetylen glycol được loại bỏ hoàn toàn trong nước ở 55 độ trong 5 giờ, và polymetyl metacrylat bị loại bỏ hoàn toàn trong dòng argon gắn máy nóng ở 44 0 độ. Hàm lượng oxy cuối cùng (phần khối lượng) của các mẫu đã chuẩn bị là 0,2%, độ bền kéo tương ứng là 850 ~ 880 MPa và độ giãn dài là 8,5% ~ 16%, đáp ứng tiêu chuẩn ASTM cấp 5 Ti.

Hầu hết các chất kết dính dựa trên gel là các chất tự nhiên, chẳng hạn như cellulose, thạch tinh bột, v.v.

Tokura đã sử dụng agar để thay thế chất kết dính polyme trong quá trình đúc phun bột titan, và nghiên cứu độ ổn định nhiệt, độ hòa tan và độ nhớt phun của hệ chất kết dính.

Báo cáo Metal Powder (MPR) đã báo cáo một nghiên cứu về sản xuất thiết bị cấy ghép miệng bằng hợp kim titan sử dụng chất kết dính dựa trên thạch, bao gồm thạch, nước và vật liệu gia cố gel.

Suzuki và cộng sự đã chuẩn bị các mẫu có mật độ tương đối là 97,3 phần trăm bằng cách sử dụng chất kết dính có chứa 4 phần trăm khối lượng thạch (khối lượng phân tử 82 500), phần khối lượng cacbon và oxy của các mẫu là 0. 33 phần trăm và 0. 3 phần trăm tương ứng và cường độ năng suất là 539 MPa. , độ giãn dài là khoảng 10 phần trăm. Kết quả thí nghiệm cho thấy khi sử dụng thạch cao phân tử, độ bền gel tăng lên, nhưng hàm lượng cacbon và oxy dư cao hơn, dẫn đến mật độ thiêu kết của các bộ phận thiêu kết giảm, độ bền kéo và độ giãn dài thấp hơn.

Chất kết dính gốc nước không gel dễ kiểm soát, thiết bị tẩy dầu mỡ rẻ hơn các phương pháp tẩy dầu mỡ khác, chất kết dính có thể phân hủy sinh học và không độc đối với vi sinh vật, tuy nhiên việc xử lý nước thải tẩy dầu mỡ đòi hỏi thêm chi phí.

Việc kiểm soát kích thước của các bộ phận cuối cùng được sản xuất bởi vật liệu phun hệ thống chất kết dính dựa trên gel là khó khăn, và chế phẩm không đủ ổn định, và điều kiện quy trình và kiểm soát chất lượng khó khăn, và vẫn cần nghiên cứu và tối ưu hóa thêm.

1.3 Đúc phun, đóng rắn và thiêu kết

Các thông số của quá trình ép phun được xác định bởi các đặc tính của vật liệu phun và hình học sản phẩm mục tiêu.

Như đã đề cập ở trên, kích thước hạt của bột titan thường thô. So với đúc bằng vật liệu thép không gỉ dễ sinh ra hiện tượng tách bột - kết dính. Trước khi ép phun, các thông số quy trình đúc thích hợp phải được xây dựng theo các đặc tính lưu biến của vật liệu tiêm để giảm các khiếm khuyết trong phần thân được tạo thành.

[Wang và cộng sự] đã sử dụng hợp kim Ti – 6Al – 4V kết hợp với hệ thống chất kết dính dạng bột sáp để chuẩn bị vật liệu ép phun, đồng thời thử nghiệm và phân tích các đặc tính lưu biến của vật liệu phun dưới các tải trọng bột và nhiệt độ khác nhau, cung cấp cơ sở để xây dựng công thức phù hợp các thông số đúc cho quá trình ép phun. .

Park và cộng sự. đã sử dụng bột titan aerosol hóa, bột titan HDH và bột titan HDH hình cầu để chuẩn bị vật liệu tiêm, đồng thời đo các đặc tính lưu biến và hành vi liên kết của chúng, đồng thời đề xuất chỉ số định dạng của vật liệu tiêm. Hiệu suất đã được đánh giá và kết quả phân tích cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc sử dụng đồng thời bột HDH và bột khí dung trong hệ thống phun.

Dựa trên quá trình thực nghiệm và mô phỏng số, các thông số quá trình tối ưu để sản xuất các bộ phận đúc phun kim loại không có khuyết tật với các đặc tính cơ học mong muốn đã được thảo luận bởi Barriere và cộng sự, dựa trên kỹ thuật mô hình hóa sử dụng phương trình dòng chảy hai pha và một phát triển Thuật toán rõ ràng được sử dụng để thực hiện dự đoán về hiện tượng tách vật liệu trong quá trình phun bằng cách sử dụng mô phỏng số.

Chen và cộng sự. đã sử dụng hệ thống chất kết dính hòa tan trong nước và bột hợp kim trước hydrodehydrodehydro hóa Ti – 6Al – 4V để chuẩn bị vật liệu tiêm, sau đó đo tốc độ loại bỏ polyetylen glycol, thành phần chất kết dính hòa tan trong nước, trong các mẫu có độ dày khác nhau ở các nhiệt độ khác nhau, và thành lập công thức. Một mô hình toán học debonding điều khiển khuếch tán được sử dụng để xác định cơ chế debonding của hệ thống chất kết dính.

Sidambe và cộng sự. đã sử dụng phương pháp Taguchi để xác định sự kết hợp tối ưu của các thông số như nhiệt độ thiêu kết tối ưu, thời gian, tốc độ gia nhiệt và khí quyển.

Nor et al. đã sử dụng hệ thống chất kết dính polyetylen và stearin cọ để chuẩn bị vật liệu tiêm Ti -6 Al -4 V và sử dụng phương pháp Taguchi để xây dựng quy trình sản xuất tối ưu, và cuối cùng đã thu được mẫu có cường độ chảy 934,4 MPa và độ giãn dài 10 phần trăm. Các đặc tính tổng thể đáp ứng các yêu cầu quy định trong ASTM B 348-02 Hợp kim Titan y tế.

Obasi và cộng sự. Đã chuẩn bị mẫu thử Ti – 6Al – 4V với các đặc tính đáp ứng các yêu cầu của ASTM B348–02 hợp kim titan cấp 23, và nghiên cứu ảnh hưởng của những thay đổi trong hệ thống thông số quá trình cơ bản đối với quá trình kết dính và thiêu kết nhiệt của các thành phần MIM dạng bột Ti – 6Al – 4V .

Limberg và cộng sự. được điều chế Ti – 45Al – 5Nb - 0. 2B - 0. 2C bằng cách trộn bột nguyên tố trong quá trình ép phun, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian thiêu kết và bầu không khí thiêu kết đối với tính chất kéo và cấu trúc vi mô, và thu được các đặc tính chống điện trở. Một mẫu có độ bền kéo khoảng 630 MPa.

Guo và cộng sự. Điều chế vật liệu titan và Ti-6Al-4V tinh khiết bằng công nghệ ép phun, nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình xử lý nhiệt như ép đẳng nhiệt nóng và ủ lên các tính chất của vật liệu hợp kim, và đặc trưng định tính hiệu quả xử lý nhiệt bằng vi cấu trúc và tính chất cơ học thử nghiệm. và đặc tính định lượng, cấu trúc vi mô của nó được thể hiện trong Hình 4.

Vật liệu phun được chuẩn bị bằng cách trộn bột titan nguyên tử khí, bột titan hydro hóa và hệ thống chất kết dính dựa trên sáp. Sau khi ép phun, dung môi được pha trong hỗn hợp heptan và etanol, và nhiệt độ được tăng lên 350, 420, Sau khi giữ ở 600 độ, chất kết dính được loại bỏ hoàn toàn và nhiệt độ thiêu kết là 1230 độ trong 3 giờ. Cuối cùng, đặc tính kéo của các mẫu thiêu kết là 389-419 MPa, và độ giãn dài là 2 phần trăm -4 phần trăm.

Các thành viên của nhóm nghiên cứu này đã sử dụng bột titan nguyên tử hóa khí và hệ thống chất kết dính hòa tan trong nước để chuẩn bị các mẫu titan tinh khiết, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ thiêu kết và thời gian giữ đến các đặc tính của mẫu titan nguyên chất. Chân không 3 Pa, nhiệt độ thiêu kết 1350 độ và độ giãn dài 20,3 phần trăm sau khi giữ trong 3 giờ, hoàn toàn phù hợp với ASTM F 2989-13 mẫu tối ưu về hiệu suất luyện kim bột, mật độ tương đối 96,9 phần trăm, độ bền kéo 443 MPa, cấp II y sinh tiêu chuẩn titan nguyên chất.

Hình 4 Hình ảnh vi mô của mẫu Ti (a) và Ti -6 Al -4 V (b) được chuẩn bị bằng nguyên liệu nạp làm từ sáp

2 Vật liệu đúc phun hợp kim titan và titan mới

Hợp kim titan và titan hiện đang được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị chỉnh hình, liên quan đến răng hàm mặt và cấy ghép y tế, nhưng do sự khác biệt giữa các tính chất cơ học của chúng và các đặc tính cơ học của xương người (mô đun đàn hồi khoảng 20 GPa), nó được tạo ra ở xương / giao diện cấy ghép. Hiệu quả che chắn căng thẳng, dẫn đến các hiệu ứng lâm sàng lâu dài có thể bị tổn hại rất nhiều, như được trình bày trong Hình 5.

Do đó, các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh các đặc tính cơ học của vật liệu titan bằng cách thay đổi cấu trúc và thành phần hợp kim của vật liệu titan để làm cho chúng gần với cấu trúc và tính chất của xương người tự nhiên hơn.

Hình 5 So sánh mô đun đàn hồi của hợp kim titan y sinh

2.1 Vật liệu titan xốp và vật liệu tổng hợp titan-gốm

Vật liệu titan xốp và vật liệu hệ thống hợp kim titan mới có cấu trúc lỗ rỗng và tính chất cơ học thích hợp, là vật liệu cấy ghép lý tưởng để thay thế chỉnh hình.

Một mặt, nó có thể làm giảm hiệu quả sự không phù hợp ứng suất giữa mô cấy và mô xương, do đó làm giảm tác dụng che chắn ứng suất và hiện thực hóa chức năng lâu dài và hiệu quả của mô cấy; mặt khác, cấu trúc xốp là điều kiện cần thiết để tế bào xương phát triển thành implant. Cấu trúc xốp liên kết với nhau có thể cho phép vận chuyển một lượng lớn chất lỏng trong cơ thể, có thể thúc đẩy sự phát triển của các tế bào xương.

Gu và cộng sự. đã hình thành một loại hợp kim TC4 mới với cấu trúc lỗ rỗng bằng cách thêm TiH2 vào bột nguyên tố titan-nhôm-vanadi làm chất tạo bọt và tác nhân hoạt động. Sự phân bố kích thước lỗ là đồng đều, kích thước lỗ là 90 ~ 190 μm và độ xốp khoảng 43 phần trăm ~ 59 phần trăm. , mô đun đàn hồi dao động từ 5,8 đến 9,5 GPa. Engin và cộng sự. [35] đã sử dụng phương pháp ép phun bột (PIM) kết hợp với công nghệ chất tạo lỗ để điều chế hợp kim titan vi xốp, và nghiên cứu ảnh hưởng của lượng chất tạo lỗ polymethyl methacrylate lên mật độ và khả năng chịu nén của hợp kim. và mô đun đàn hồi.

Tuncer và cộng sự. đã sử dụng bột hình cầu nguyên tử hóa, bột titan HDH và hệ thống chất kết dính dựa trên sáp, bằng cách thêm một lượng nhất định NaCl và KCl làm chất tạo lỗ, để nghiên cứu ảnh hưởng của bột ban đầu đến hiệu suất của sản phẩm titan xốp cuối cùng, và hơn nữa bằng cách điều chỉnh chất tạo lỗ chân lông. Theo liều lượng của tác nhân, có thể thu được vật liệu titan xốp với độ xốp và kích thước lỗ cần thiết của vật liệu cấy ghép y tế, và thành phần hóa học của vật liệu có thể đáp ứng tiêu chuẩn của titan nguyên chất bậc ba.

Chen và cộng sự. đã sử dụng NaCl làm chất tạo lỗ kết hợp với thuốc tiêm gốc sáp bột titan hydro hóa để chuẩn bị mẫu ép phun. Bằng cách điều chỉnh lượng NaCl, một lỗ thông có thể được hình thành bên trong bộ phận tiêm, và các tính chất cơ học của nó tương tự như của xương hủy.

Barbosa và cộng sự. lần đầu tiên sử dụng bột Fe22Cr để kiểm tra các đặc tính lưu biến của vật liệu tiêm thuộc các hệ chất kết dính khác nhau. Theo kết quả kiểm tra tính năng, một hệ thống chất kết dính dựa trên sáp thích hợp đã được lựa chọn, sau đó kết hợp với bột Ti và chất tạo lỗ xốp NaCl để ép ấm và ép phun nhiều thành phần. , một thành phần cấy ghép tủy sống với một lõi xốp bên ngoài dày đặc và một gradient xốp đã được chuẩn bị bằng cách tẩy dầu mỡ và thiêu kết.

Hình 6 Thành phần đúc phun titan xốp sử dụng NaCl làm giá đỡ

Hydroxyapatite (HA) có những ưu điểm độc đáo trong việc thay thế xương và tái tạo xương do thành phần hóa học và cấu trúc tinh thể của nó như mô xương tự nhiên của con người, và đã bắt đầu đóng vai trò ngày càng quan trọng trong các thiết bị y sinh. .

Tuy nhiên, HA giòn và có tính chất cơ học kém nên không thể được sử dụng như một thành phần chịu lực một mình. Do đó, một loại vật liệu y sinh mới bao gồm HA và vật liệu titan đã xuất hiện.

Thian và cộng sự] đã nghiên cứu điều chế vật liệu tổng hợp Ti6Al4V / HA bằng phương pháp ép phun. Đầu tiên, bột hỗn hợp Ti6Al4V / HA được chuẩn bị bằng phương pháp kết tủa gốm, sau đó bột đã chuẩn bị được trộn với chất kết dính thương mại PAN -250 S để chuẩn bị vật liệu tiêm. Các tính chất lưu biến của vật liệu phun đã được thử nghiệm, và tốc độ gia nhiệt trong quá trình khử mối nối đã được nghiên cứu. Ảnh hưởng của tốc độ dòng khí của bầu khí quyển và bầu khí quyển ngưng kết đối với các khuyết tật của bộ phận gắn kết, lượng loại bỏ chất kết dính và hàm lượng cacbon còn lại; ảnh hưởng của các thông số quá trình thiêu kết (tốc độ gia nhiệt, nhiệt độ thiêu kết, thời gian giữ, tốc độ làm nguội, v.v.). Độ xốp của mẫu thu được là khoảng 50%; Ngoài ra, quá trình phân hủy sinh học của vật liệu Ti6Al4V / HA điều chế trong môi trường dịch cơ thể đã được phân tích và đặc trưng bởi các kết quả thử nghiệm các chỉ tiêu cơ học.

2.2 Vật liệu hợp kim titan mới

Lĩnh vực y sinh là một nhánh quan trọng của ứng dụng vật liệu titan, và hướng nhu cầu ứng dụng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến xu hướng phát triển của vật liệu titan.

Các vật liệu titan ban đầu chủ yếu là titan nguyên chất (pha), nhưng vật liệu titan nguyên chất có độ bền thấp và khả năng chống mài mòn kém, sau đó phát triển độ bền cao và độ dẻo dai cao cộng với loại được đại diện bởi hợp kim Ti6Al4V, Ti6Al7Nb và Ti5Al2.5Fe.

Aust và cộng sự. chế tạo thành công vật liệu vít xương với hiệu suất tuyệt vời bằng cách sử dụng bột Ti6Al7Nb và hệ thống chất kết dính dựa trên sáp (parafin cộng với PE và axit stearic), như thể hiện trong Hình 7, với mật độ tương đối là 97,6 phần trăm, độ bền kéo 815 MPa và năng suất sức mạnh 714 MPa. Độ giãn dài 8,7 phần trăm.

Kết quả nghiên cứu cho thấy các nguyên tố hợp kim như Al và V trong hợp kim titan-nhôm-vanadi và hợp kim titan-nhôm-niobi được sử dụng rộng rãi sẽ giải phóng các ion nguyên tố Al và V gây độc tế bào sau khi cấy ghép vào cơ thể người, gây hại cho cơ thể người. . .

Kết quả là, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một loạt phát triển hệ hợp kim -titanium thế hệ mới chứa Nb, Ta, Zr, Mo, Sn và các nguyên tố an toàn sinh học khác không có nguyên tố Al và V.

Hiện tại, các hợp kim titan sinh học đã được phát triển và nghiên cứu chủ yếu bao gồm Ti -15 Nb, Ti -13 Nb -13 Zr, Ti -35 Nb -7 Zr -5 Ta, Ti -12 Mo -6 Zr -2 Fe, Ti -35. 3Nb -5. 1Ta -7. 1Zr và Ti - 29 Nb -13 Ta -4. 6Zr và cộng sự [44]. Do những hạn chế của công nghệ xay xát và các khía cạnh khác, các hệ thống hợp kim này hiếm khi được sử dụng trong quá trình ép phun bột.

Zhao và cộng sự. đã tiến hành các thí nghiệm ép phun sử dụng bột titan và bột niobi, và điều chế thành công hợp kim pha kép TiNb với mật độ tương đối khoảng 95 phần trăm. Thông qua việc kiểm tra các tính chất cơ học của thân xanh lục, các bộ phận ngoại quan và các bộ phận thiêu kết, cũng như thiêu kết với các thành phần hợp kim khác nhau. Ảnh hưởng của hàm lượng Nb đến cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của hợp kim được nghiên cứu bằng cách so sánh quan sát và so sánh cấu trúc tế vi của hợp kim.

Arockiasamy và cộng sự. Điều chế hợp kim Ti5Fe5Zr bằng cách cho nguyên tố Fe và Zr vào bột titan nguyên chất HDH, và đo các tính chất cơ học của hợp kim. cơ chế.

Vít xương Ti6Al7Nb do MIM chế tạo

3. Triển vọng

Trọng lượng riêng thấp, độ bền riêng cao, khả năng tương thích sinh học và khả năng chống oxy hóa tuyệt vời, và khả năng chống ăn mòn tốt của titan và hợp kim titan làm cho chúng có các ứng dụng tuyệt vời trong hàng không vũ trụ, y tế, hóa chất, ô tô và hàng tiêu dùng hàng ngày. Tiềm năng phát triển.

So với các kỹ thuật gia công truyền thống, chẳng hạn như rèn, đúc và gia công, ép phun bột có những ưu điểm rõ ràng, thành phần hợp kim đồng nhất, tỷ lệ sử dụng nguyên liệu thô cao và năng lực sản xuất mạnh mẽ của các bộ phận phức tạp quy mô lớn, có thể thúc đẩy sản xuất titan và các sản phẩm hợp kim titan. và ứng dụng.

Mặc dù đã đạt được một số tiến bộ trong việc nghiên cứu đúc phun titan và hợp kim titan, nhưng trong thực tế quá trình sản xuất công nghiệp, giá nguyên liệu bột chất lượng cao tương đối cao, việc chuyển đổi và ứng dụng hệ thống hợp kim titan chất lượng cao mới ép phun là không đủ, và khó kiểm soát thành phần hóa học của sản phẩm. Một loạt các vấn đề, chẳng hạn như những vấn đề lớn hơn, vẫn phải được giải quyết.

Ngoài ra, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi hệ thống trong những năm gần đây, nhu cầu về các thành phần phức hợp vi mô được sử dụng trong các hệ thống vi mô tiếp tục tăng lên. Công nghệ ép phun bột cần được chuyển từ dạng sản phẩm truyền thống sang dạng sản phẩm vi mô và phát triển thành dạng vi phun bột. công nghệ tạo hình.

Hiện nay, hầu hết các công nghệ ép phun vi mô đều tập trung vào các hệ thống vật liệu polyme, thép không gỉ và các vật liệu khác. Vẫn còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu trong quá trình đúc vi phun titan và hợp kim titan.

Do đó, việc phát triển nghiên cứu đúc phun titan và hợp kim titan cần tập trung vào nghiên cứu và phát triển các hệ thống hợp kim titan mới, phát triển công nghệ điều chế bột hợp kim titan chất lượng cao với chi phí thấp và nghiên cứu đúc vi kim titan vật liệu thích hợp cho các thiết bị vi mô và phức tạp.

Với những nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ đúc phun titan và hợp kim titan, tin rằng công nghệ đúc phun titan và hợp kim titan sẽ có những bước phát triển vượt bậc, từ đó thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp titan.

Đăng quá trình đúc

1. Xử lý nhiệt: ủ, cacbon hóa, tôi luyện, làm nguội, thường hóa, tôi bề mặt

2. Thiết bị gia công: CNC, WEDM, máy tiện, máy phay, máy khoan, máy mài, v.v ...;

3. Xử lý bề mặt: phun bột, mạ crom, sơn, phun cát, mạ niken, mạ kẽm, làm đen, đánh bóng, thổi, v.v.

Khuôn mẫu và đồ đạc kiểm tra

1. Tuổi thọ khuôn: thường là bán vĩnh viễn. (trừ bọt bị mất)

2. Thời gian giao khuôn: 10-25 ngày, (theo cấu trúc sản phẩm và kích thước sản phẩm).

3. Bảo trì dụng cụ và khuôn: Zhongwei chịu trách nhiệm về các bộ phận chính xác.

Kiểm soát chất lượng

1. Kiểm soát chất lượng: tỷ lệ lỗi nhỏ hơn 0. 1 phần trăm.

2. Các mẫu và chạy thử sẽ được kiểm tra 100% trong quá trình sản xuất và trước khi xuất xưởng, kiểm tra mẫu để sản xuất hàng loạt theo tiêu chuẩn ISDO hoặc yêu cầu của khách hàng

3. Thiết bị kiểm tra: máy phát hiện khuyết tật, máy phân tích phổ, máy phân tích ảnh vàng, máy đo ba tọa độ, thiết bị kiểm tra độ cứng, máy kiểm tra độ bền kéo.