Металеві ін'єкційні деталі головки для гольфу з титанового сплаву

Технологія лиття під тиском титану та титанових сплавів (MIM) може реалізувати великомасштабну та недорогу підготовку малих та середніх виробів із титану складної форми, що має велике значення для сприяння виробництву та застосуванню титану та титанових сплавів продуктів. Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. — це колекція лиття під тиском із мідного сплаву металу, лиття під тиском металу на основі заліза, лиття під тиском на основі нержавіючої сталі, лиття під тиском металу з алюмінієвого сплаву, лиття під тиском із сплаву нікелю, лиття під тиском із кобальтового сплаву. лиття, лиття під тиском із вольфрамового сплаву. Всебічне високотехнологічне підприємство, що об’єднує науково-дослідні роботи, виробництво та продаж лиття під тиском, металевих ін’єкційних деталей із титанового сплаву для гольфу, лиття під тиском з цементованого карбіду та конструкційних деталей порошкової металургії.

Дез. продуктукриптування

1. Стандарти впровадження: компанія суворо виконує сертифікацію ISO9001, ISO14001, IATF16949

Продукція пройшла сертифікацію ROHS, FDA EU тощо.

2. Стандарти матеріалів для продукції: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Основні процеси: лиття металу під тиском MIM, порошкова металургія PM, лиття за моделлю, лиття під тиском алюмінію,

4. Доступні матеріали для порошкової металургії:

Сплави міді, основи заліза, титанові сплави, основи з нержавіючої сталі, алюмінієві сплави, сплави нікелю, сплави кобальту, сплави вольфраму, цементовані карбіди, гідроксильні сплави, м’які магнітні матеріали та 3D-друк можна налаштувати відповідно до вимог замовника.

Дослідження та застосування

Процес лиття під тиском металевого порошку зазвичай включає кілька основних процесів, таких як підготовка матеріалу для лиття під тиском, лиття під тиском, роз’єднання, спікання та необхідна додаткова обробка.

Як показано на малюнку 1, металевий порошок і компоненти органічного сполучного змішують, розминають і гранулюють для приготування ін’єкційного матеріалу, а потім ін’єкційний матеріал вводять у прес-форму при певній температурі та тиску, а після охолодження його виймають з форми, щоб отримати спеціальний ін'єкційний матеріал. Потім необроблене тіло формованого виробу піддається процесу роз’єднання для видалення всіх органічних компонентів, крім металевого порошку, що міститься в необробленому тілі, щоб стати роз’єднаним тілом, і, нарешті, спікається для отримання металевих ін’єкційних частин із титанового сплаву для гольфу з бажаними властивостями.

Технологія лиття під тиском металевого порошку реалізує органічне поєднання лиття під тиском і традиційної технології порошкової металургії, долає високу вартість процесу обробки, просту форму традиційного процесу лиття, низьку ефективність ізостатичного пресування та цементування, а також традиційний процес лиття. . Недоліки багатьох дефектів і низька точність допуску значно сприяли виробництву та застосуванню виробів із титану та титанових сплавів (як показано на малюнку 2).

Рис.1 Технологічна схема титану та титанових сплавів виробництва МІМ

Рис.2 Застосування титану та титанових сплавів виробництва МІМ

Нижче наведено характеристики та переваги металевих ін’єкційних деталей головки для гольфу з титанового сплаву та підсумовано прогрес досліджень технології лиття під тиском титану та металевого порошку з титанового сплаву з порошкової сировини, зв’язувальних систем, які зазвичай використовуються, лиття під тиском, роз’єднання та спікання. Існують основні проблеми та аналізується напрямок досліджень лиття під тиском металевих порошків титану та титанових сплавів.

1. Статус дослідження титану та титанового сплаву металевого порошкового лиття під тиском

Дослідження показали, що на механічні властивості, стійкість до корозії та біомедичні властивості виробів з титану та титанових сплавів, відлитих під тиском, значною мірою впливають відносна щільність, вміст домішок, легуючі елементи та мікроструктура.

Після спекання продукту для лиття під тиском його відносна щільність становить близько 95 відсотків, і буде певна частка залишкових пор.

Ці залишкові пори стануть джерелом тріщин, коли зразок руйнується, і матимуть великий вплив на механічні властивості матеріалу, такі як міцність на розрив, пластичність, в’язкість до руйнування та втомна міцність. Отже, чим вища відносна щільність виробів для лиття під тиском з титану та титанових сплавів, тим кращі його механічні властивості.

Домішки, такі як кисень, вуглець, азот, водень тощо, особливо кисень, підвищать межу текучості, міцність на розрив і твердість матеріалу та зменшать пластичність. Домішки розчиняються в титані матриці при температурі спікання. Оскільки немає ефективного відновника, важко контролювати домішкові елементи титану та титанових сплавів під час процесу спікання. кількість.

Мікроструктура титану та титанових сплавів, включаючи розмір зерна та фазовий склад після спікання, може впливати на механічні властивості матеріалу. У сукупності отримані під тиском титан і матеріали з титанових сплавів із чудовими характеристиками мають вищу щільність, низький вміст домішок (зазвичай вміст кисню), відповідний склад сплаву, дрібне зерно та менше дефектів під час ущільнення.

1.1 Порошкова сировина

Вибір порошкової сировини є важливим етапом у процесі лиття під тиском титанового порошку. Розподіл частинок за розміром і морфологія порошку безпосередньо впливають на сипучість і здатність до формування матеріалу для ін'єкцій, збереження форми необробленого тіла під час роз'єднання та усадку під час спікання.

В даний час широко використовувані методи приготування порошку титану і титанового сплаву включають механічний метод і метод розпилення.

Форма порошку, отриманого механічним помелом (таким як кульовий помел, кульовий помел із перемішуванням, кульовий помел із високою енергією вібрації та струменевий помел тощо), зазвичай є неправильною або кутовою.

Процес гідрування дегідрування (HDH) полягає в тому, щоб скористатися очевидною крихкістю титану після поглинання водню, подрібнити його механічним подрібненням або струминним подрібненням, а потім піддати дегідрування для отримання титанового порошку неправильної форми, як показано на малюнку 3 (а). . Методи розпилення (такі як розпилення інертним газом, розпилення обертовим електродом плазмовим променем та розпилення газу індукційного плавлення електрода) можна проводити в повністю інертній атмосфері для підтримки високої чистоти необробленого порошку, що призводить до сферичної форми та розподілу частинок за розміром. досить широкий і має хороші пакувальні властивості, як показано на рис. 3(b).

Крім того, на відміну від технології виробництва сталевого порошку, титановий порошок з більш дрібним розміром частинок виробляти складніше. Із зменшенням розміру частинок збільшується питома поверхня, а також збільшується вміст домішкових елементів.

Зазвичай розмір частинок титанового порошку, який використовується в MIM, становить менше 45 мкм. Якщо розмір частинок порошку занадто великий, під час процесу ін’єкції може виникнути явище поділу порошку та зв’язуючого, що призведе до дефектів. Це необхідно повністю враховувати при розробці складу ін’єкційного матеріалу та конструкції форми.

Рис.3 HDH (a) і газорозпилений (b) титановий порошок, що використовується в MIM

1.2 Підшивка

Сполучна речовина є носієм, який існує поетапно протягом усього процесу лиття під тиском. Його основна функція полягає в тому, щоб порошок рівномірно заповнив форму в рідкому стані, утворив бажану форму та зберігав її до етапу попереднього спікання.

У процесі лиття під тиском сполучна речовина повинна мати такі характеристики: низька температура плавлення, хороша змочуваність частинок порошку та швидке затвердіння, що зручно для приготування матеріалів для лиття під тиском; хороша плинність при температурі впорскування; після формування його можна легко видалити з зеленого тіла, і є менше залишкових речовин, а продукти розкладання нетоксичні та не корозійні.

Загалом сполучний компонент містить щонайменше первинний компонент і вторинний компонент:

Основний компонент використовується для змочування частинок металевого порошку та забезпечення необхідної текучості, тоді як допоміжний компонент забезпечує достатню міцність ін’єкційного тіла під час процесу ін’єкції та після видалення основного сполучного компонента.

У більшості випадків сполучна система має третій компонент, такий як поверхнево-активна речовина, для покращення сумісності між металевим порошком і полімером.

Відповідно до основних компонентів адгезивних компонентів, зазвичай використовувані адгезивні системи можна розділити на системи на основі воску, системи на основі ароматичних сполук, системи поліоксиметилену та системи на водній основі.

1.2.1 Клей на основі воску

Зазвичай використовувані воски для сполучних систем на основі воску включають кілька коротколанцюгових полімерів, таких як парафін, бджолиний віск і пальмовий віск. Вони мають низькі температури плавлення, хорошу змочуваність, короткі молекулярні ланцюги та низьку в’язкість, а зміни їх об’єму менші, ніж інші полімери під час розкладання. , що вигідно для забезпечення точності розмірів виробу.

Зазвичай використовуваними вторинними компонентами систем на основі воску є поліпропілен, поліетилен, сополімер етилену з вінілацетатом і поліметилметакрилат з високою молекулярною масою тощо. На додаток до воску та зв’язуючої основи, поверхнево-активні речовини, такі як стеаринова кислота, використовуються для поліпшити сумісність між порошком і полімером.

Найбільш ранньою сполучною системою на основі воску, про яку повідомляється в літературі, є Kaneko et al. використання парафін-полі-н-бутилметакрилату-етиленвінілацетатного сополімеру-дибутилфталату як сполучного для змішування з титановим порошком для приготування ін’єкційних матеріалів. , завантаження порошку 56 відсотків, і спікається при 1300 градусах і 1,3 Па після роз'єднання. Отриманий спечений зразок має відносну щільність 94 відсотки і міцність на стиск 1000 МПа, але майже не має пластичності через занадто високий вміст домішок.

досліджували двоетапний процес роз’єднання, що поєднує вакуумне роз’єднання та роз’єднання в атмосфері аргону, що значно зменшило вміст вуглецю та кисню в спечених частинах.

Гуо та ін. замінив частину парафіну поліетиленгліколем з кращою змочуваністю, розробив зв’язуючу систему парафін-поліетиленгліколь-поліетилен-поліпропілен-стеаринова кислота та використав її для лиття під тиском чистого титану та сплаву титан-алюміній-ванадій, спечені частини мають хороше збереження форми і невеликі коливання розмірів. Завдяки зниженню вмісту кисню та вуглецю продуктивність також значно покращується, і досягається краща продуктивність.

Крім того, деякі дослідники використовують пальмовий віск для часткової заміни парафіну та пальмову олію для повної заміни парафіну [14] для сполучних систем на основі воску, і ефект формування також дуже хороший, але оскільки кисень, що міститься в самому пальмовому воску, також є Джерело кисню, тому вміст вуглецю та кисню в кінцевому продукті трохи вищий, а механічні властивості не такі хороші, як у парафінової системи.

Оптимальна сполучна система на основі воску, описана в літературі, була запропонована Friederici et al. . Під час експерименту співвідношення парафіну, поліетилену низької щільності та стеаринової кислоти було скориговано, щоб утворити чотири зв’язувальні співвідношення. За допомогою процесів формування, роз’єднання та спікання різних ін’єкційних матеріалів були отримані зразки з відносною щільністю 98,1 відсотка та хімічним складом, що задовольняє вторинно-чистий титан.

Сполучна система на основі воску займає важливе місце в литві під тиском, але оскільки система зв’язуючої речовини на основі воску використовує органічні розчинники для роз’єднання розчинників і має низьку ефективність знежирення, дослідники продовжують впроваджувати інновації на цій основі та розробляти нові клеї. агентська система.

1.2.2 Клеї на основі ароматичних композицій

Ароматичні сполуки (такі як нафталін, антрацен тощо) можуть бути розчинені при дуже низьких температурах. В умовах низького тиску вони можуть бути безпосередньо перетворені з твердих речовин у гази шляхом сублімації при температурі, нижчій за їх точку плавлення. В якості сполучних використовують ароматичні сполуки. Розділення може значно підвищити ефективність процесу роз’єднання.

Weil та ін. використовували ароматичні сполуки при лиття під тиском титанового порошку. У його дослідженні щільні титан-алюмінієво-ванадієві сплави та пористі титан-алюмінієво-ванадієві сплави були виготовлені з використанням нафталіну, 1% стеаринової кислоти та 3% -12% етиленвінілацетатних сополімерів як сполучних.

Під час експерименту, оскільки нафталін безпосередньо сублімувався в газ і вивільнявся, рідка фаза не з’являлася під час процесу роз’єднання, а об’єм зразка не змінювався, і, на відміну від знежирення розчинником, поверхнева енергія, задіяна в методі сублімації, була низькою, що означало загальну дефекти знежирення, такі як деформація. , розтріскування тощо можна уникнути, в результаті експерименту отримано відносну щільність спеченого зразка 96,6 відсотка, а вміст вуглецю не збільшився.

Незважаючи на те, що сполучна система досягла чудових характеристик продукту, ароматичні сполуки в системі все ще мають вплив на навколишнє середовище та фізичне здоров’я, і не були досліджені та широкомасштабні застосування.

1.2.3 Клей на основі ПОМ

Поліоксиметилен вперше був використаний у клейкій системі компанією Celanese Corp у 1984 році, а потім розроблений компанією BASF, що дозволило клейовим компонентам не містити віск і маломолекулярні компоненти.

Поліоксиметилен є основним компонентом сполучної системи, а поліетилен (ПЕ) поступово додається як каркасний зв’язувальний матеріал у подальшому процесі розробки.

На основі цієї сполучної системи BASF наразі формує суміші для лиття під тиском, що охоплюють широкий спектр матеріалів, включаючи низьколеговані сталі, нержавіючі сталі, інструментальні сталі, титан і титанові сплави та кераміку.

Чудова характеристика поліоксиметилену полягає в тому, що він більш чутливий до кислотних реагентів і схильний до кислотного розкладання. Таким чином, при обробці необробленого тіла в кислому середовищі, нижчому за температуру його розм’якшення, поліоксиметилен перебуває у твердому стані, що дозволяє уникнути таких дефектів, як тріщини та розширення, викликані кипінням сполучних компонентів, і має малу деформацію та хороше збереження форми. . Точний контроль розміру.

Крім того, завдяки високій швидкості дифузії, порівняно з іншими методами знежирення, швидкість знежирення вища, яка може досягати 10-кратної швидкості роз’єднання традиційних розчинників, дозволяючи при цьому роз’єднати товщі.

Хоча клейова система на основі POM має багато з перерахованих вище переваг, вона також має багато недоліків.

Корозійна пара азотної кислоти часто використовується як каталізатор у процесі каталітичного роз’єднання. З одного боку, поліоксиметилен може розкладатися на стадіях підготовки до ін’єкції та лиття під тиском, що призводить до утворення високотоксичного формальдегіду, а продукти розкладання потрібно спалювати в два етапи. З іншого боку, кислотна атмосфера, яка відіграє каталітичну роль, є більш корозійною для обладнання та вимагає більше інвестицій.

1.2.4 Клеї на водній основі

Розчинники для роз’єднання (такі як гептан і гексан) або продукти розкладання сполучних компонентів (ароматичних мономерів і формальдегіду), що використовуються у вищезгаданих зв’язувальних системах, є більш-менш шкідливими для навколишнього середовища та операторів. Тому дуже важливо розробити сполучну систему з використанням екологічно чистих розчинників.

Існуючі екологічно чисті зв’язувальні системи використовують воду як розчинник для роз’єднання.

Відповідно до різних ролей води в приготуванні ін’єкційних матеріалів, такі зв’язувальні системи можна розділити на два типи: на основі гелю та на основі гелю.

Зазвичай використовуваним полімером для систем без гелю є поліетиленгліколь, який має кращі властивості, недорогий і легкодоступний. Поліетиленгліколі з низькою молекулярною масою можна швидко та майже повністю видалити при температурі 60 градусів, а молекулярні маси зазвичай використовуваних поліетиленгліколів коливаються від 500 до 2 000. Основним сполучним речовиною, що зазвичай використовується, є поліметилметакрилат з молекулярною масою 10 000.

використовували водорозчинний сполучний компонент поліетиленгліколь–поліметилметакрилат–стеаринову кислоту з вмістом порошку 69 відсотків.

В експерименті поліетиленгліколь був повністю видалений у воді при 55 градусах протягом 5 годин, а поліметилметакрилат був повністю видалений у гарячому потоці аргону з роз'єднанням при 440 градусах. Кінцевий вміст кисню (масова частка) у підготовлених зразках становив 0,2 відсотка, відповідна міцність на розрив становила 850~880 МПа, а відносне подовження становило 8,5% ~16%, що відповідало стандарту ASTM 5 Ti.

Більшість сполучних на основі гелю є природними речовинами, такими як целюлоза, крохмальний агар тощо.

Tokura використовував агар для заміни полімерного зв’язуючого при лиття під тиском з титанового порошку та вивчив термічну стабільність, розчинність і в’язкість сполучної системи.

Metal Powder Report (MPR) повідомило про дослідження виробництва оральних імплантатів із титанового сплаву з використанням адгезивів на основі агару, які складалися з агару, води та гелевих армуючих матеріалів.

Сузукі та інші підготували зразки з відносною густиною 97,3 відсотка, використовуючи сполучну речовину, що містила 4 відсотки масової частки агару (молекулярна маса 82 500), масові частки вуглецю та кисню у зразках були 0.33 відсотків і 0.3 відсотка відповідно, а межа текучості становила 539 МПа. подовження становить приблизно 10 відсотків. Експериментальні результати показують, що при використанні агару з високою молекулярною масою міцність гелю збільшується, але вміст залишкового вуглецю та кисню є вищим, що призводить до зменшення щільності спечених частин, а також меншої міцності на розрив і подовження.

В’яжучі на водній основі без гелю легко контролювати, обладнання для знежирення дешевше, ніж інші методи знежирення, а в’яжучі є біологічно розкладаними та нетоксичними для мікроорганізмів, але очищення стічних вод від знежирення вимагає додаткових витрат.

Контроль розміру кінцевих частин, виготовлених за допомогою ін’єкційного матеріалу зв’язувальної системи на основі гелю, є складним, а композиція недостатньо стабільною, а умови процесу та контроль якості складні, тому все ще необхідні подальші дослідження та оптимізація.

1.3 Лиття під тиском, роз’єднання та спікання

Параметри процесу лиття під тиском визначаються властивостями литтєвого матеріалу та геометрією цільового продукту.

Як згадувалося вище, розмір частинок титанового порошку зазвичай грубий. У порівнянні з литтям під тиском з нержавіючої сталі легко виробляти явище поділу порошку та сполучного. Перед литтям під тиском слід сформулювати відповідні параметри процесу формування відповідно до реологічних властивостей матеріалу для ін’єкцій, щоб зменшити дефекти у сформованому тілі.

[Wang et al.] використовували сплав Ti–6Al–4V у поєднанні з порошкоподібною сполучною системою на основі воску для приготування матеріалів для лиття під тиском, а також випробували та проаналізували реологічні властивості матеріалів для лиття під тиском при різних навантаженнях порошку та температурах, створюючи основу для розробки відповідних рецептур параметри формування для процесу лиття під тиском. .

Парк та ін. використовували аерозольний титановий порошок, титановий порошок HDH і сфероїдизований порошок титану HDH для приготування ін’єкційних матеріалів, виміряли їхні реологічні властивості та поведінку при роз’єднанні, а також запропонували індекс формоздатності ін’єкційних матеріалів. Ефективність була оцінена, а результати аналізу забезпечили теоретичну основу для одночасного використання порошку HDH та аерозольного порошку в системі впорскування.

На основі експериментального та чисельного процесу моделювання оптимальні параметри процесу для виробництва бездефектних металевих формованих деталей із бажаними механічними властивостями були обговорені Barriere та ін. на основі методів моделювання з використанням рівнянь двофазного потоку та нового розробка Явний алгоритм використовується для реалізації прогнозу явища поділу матеріалу в процесі впорскування за допомогою чисельного моделювання.

Чен та ін. використав попередньо легований порошок Ti–6Al–4V систему гідродегідродегідрування та водорозчинну сполучну систему для приготування ін’єкційних матеріалів, а потім виміряв швидкість видалення поліетиленгліколю, водорозчинного сполучного компонента, у зразках різної товщини при різних температурах, і встановив формулу. Для визначення механізму роз’єднання сполучної системи була використана математична модель роз’єднання з контрольованим дифузією.

Сідамбе та ін. використав метод Тагучі для визначення оптимальної комбінації параметрів, таких як оптимальна температура спікання, час, швидкість нагрівання та атмосфера.

Нор та ін. використовували пальмовий стеарин і поліетиленову зв’язувальну систему для приготування ін’єкційного матеріалу Ti-6Al-4V, а також використали метод Тагучі для розробки оптимального виробничого процесу, і врешті отримали зразок із межею текучості 934,4 МПа та подовження 10 відсотків. Загальні властивості відповідають вимогам, визначеним у ASTM B348-02 Medical Titanium Alloys.

Обасі та ін. підготували зразки Ti–6Al–4V з властивостями, що відповідають вимогам ASTM B348–02 титанового сплаву марки 23, і дослідили вплив змін у системі основних параметрів процесу на процес термічного роз’єднання та спікання порошкових компонентів MIM Ti–6Al–4V .

Лімберг та ін. отримано Ti–45Al–5Nb–0.2B–0.2C шляхом змішування елементарних порошків під час процесу лиття під тиском, і досліджено вплив часу спікання та атмосфери спікання на властивості розтягування та мікроструктуру, а також отримані антирезистентні властивості. Зразок з міцністю на розрив близько 630 МПа.

Гуо та ін. підготував чистий титан і Ti–6Al–4V матеріали за технологією лиття під тиском, вивчив вплив процесів термообробки, таких як гаряче ізостатичне пресування та відпал, на властивості матеріалів сплаву та якісно охарактеризував ефект термообробки за допомогою мікроструктури та механічних властивостей. тестування. і кількісної характеристики, його мікроструктура показана на малюнку 4.

Ін'єкційний матеріал готують шляхом змішування газорозпорошеного титанового порошку, гідрогенізованого титанового порошку та сполучної системи на основі воску. Після лиття під тиском розчинник роз'єднують у суміші гептану та етанолу, і температуру підвищують до 350, 420. Після витримки при 600 градусах зв'язувальний повністю видаляють, і температура спікання становить 1230 градусів протягом 3 годин. Нарешті, властивості розтягування спечених зразків становили 389-419 МПа, а подовження становило 2 відсотки -4 відсотків.

Члени цієї дослідницької групи використовували газорозпорошений титановий порошок і водорозчинну зв’язувальну систему для приготування зразків чистого титану та вивчали вплив температури спікання та часу витримки на властивості зразків чистого титану. Вакуум 3 Па, температура спікання 1350 градусів і подовження 20,3 відсотка після витримки протягом 3 годин, що повністю відповідає вимогам ASTM F2989-13 оптимального зразка для порошкової металургії, відносна щільність 96,9 відсотка, міцність на розрив 443 МПа, біомедичний клас II стандарт чистого титану.

Рис.4 Мікроструктури зразків Ti (a) і Ti-6Al-4V (b), отриманих із сировини на основі воску

2 Нові матеріали для лиття під тиском з титану та титанових сплавів

Титан і титанові сплави в даний час широко використовуються в ортопедичних, стоматологічних пристроях і медичних імплантатах, але через різницю між їх механічними властивостями і механічними властивостями людської кістки (модуль пружності становить близько 20 ГПа), вони виробляються на кістці. /інтерфейс імплантату. Ефект захисту від стресу, що призводить до довгострокових клінічних ефектів, може бути значно скомпрометований, як показано на малюнку 5.

Тому дослідники відкоригували механічні властивості титанових матеріалів, змінивши структуру та склад сплаву титанових матеріалів, щоб зробити їх ближчими до структури та властивостей природних людських кісток.

Рис.5 Порівняння модуля пружності біомедичних титанових сплавів

2.1 Пористі титанові матеріали та титанокерамічні композити

Пористі титанові матеріали та нові матеріали системи титанових сплавів мають відповідну структуру пор і механічні властивості та є ідеальними матеріалами для імплантатів для ортопедичної заміни.

З одного боку, це може ефективно зменшити невідповідність напруги між імплантатом і кістковою тканиною, тим самим зменшуючи ефект екранування напруги та реалізуючи тривалу та ефективну функцію імплантату; з іншого боку, пориста структура є необхідною умовою для вростання кісткових клітин в імплантат. Взаємопов’язана пориста структура може забезпечити проходження великої кількості рідин організму, що може додатково сприяти росту кісткових клітин.

Гу та ін. сформував новий тип сплаву TC4 із структурою відкритих пор шляхом додавання TiH2 до порошку титан-алюміній-ванадієвого елемента як піноутворювача та активного агента. Розподіл пор за розміром рівномірний, розмір пор становить 90 ~ 190 мкм, а пористість становить близько 43 відсотків ~ 59 відсотків. , модуль пружності коливається від 5,8 до 9,5 ГПа. Енгін та ін. [35] використовували порошкове лиття під тиском (PIM) у поєднанні з технологією пороутворюючого агента для виготовлення мікропористих титанових сплавів і вивчали вплив кількості пороутворюючого агента поліметилметакрилату на щільність і стійкість до стиснення сплаву. і модуль пружності.

Tuncer та ін. використовували розпилений сферичний порошок, титановий порошок HDH і сполучну систему на основі воску, додавши певну кількість NaCl і KCl як пороутворювачів, щоб вивчити вплив початкового порошку на продуктивність кінцевого пористого титанового продукту, і далі шляхом регулювання пороутворювача. Відповідно до дозування агента можна отримати пористий титановий матеріал з необхідною пористістю та розміром пор медичного імплантату, а хімічний склад матеріалу може відповідати стандарту третинного чистого титану.

Чен та ін. використовували NaCl як пороутворювач у поєднанні з ін’єкцією гідрогенізованого титанового порошку на основі воску для приготування зразків для лиття під тиском. Регулюючи кількість NaCl, можна сформувати сполучний отвір всередині ін’єкційної частини, а його механічні властивості подібні до губчастої кістки.

Барбоза та ін. вперше використав порошок Fe22Cr для перевірки реологічних властивостей ін’єкційних матеріалів різних сполучних систем. Відповідно до результатів випробування продуктивності було обрано відповідну сполучну систему на основі воску, а потім поєднано з порошком Ti та пороутворювачем NaCl для гарячого пресування та багатокомпонентного лиття під тиском. , компонент спінального імплантату з щільною зовнішньою пористою серцевиною та градієнтом пористості був підготовлений шляхом знежирення та спікання.

Рис. 6 Компонент для лиття під тиском з пористого титану з використанням NaCl як утримувача простору

Гідроксиапатит (HA) має унікальні переваги в заміні та реконструкції кісткової тканини завдяки своєму хімічному складу та кристалічній структурі, як у природній людській кістковій тканині, і почав відігравати все більш важливу роль у біомедичних пристроях. .

Однак ГК крихкий і має погані механічні властивості, тому його не можна використовувати як несучий компонент окремо. Таким чином, з’явився новий тип біомедичного матеріалу, що складається з ГК і титанового матеріалу.

Thian et al.] вивчали приготування композитів Ti6Al4V/HA шляхом лиття під тиском. Спочатку композитний порошок Ti6Al4V/HA готували методом керамічного осадження, а потім отриманий порошок змішували з комерційним сполучним PAN-250S для приготування ін’єкційного матеріалу. Були перевірені реологічні властивості ін'єкційного матеріалу, а також вивчена швидкість нагрівання під час процесу роз'єднання. Вплив швидкості газового потоку роз'єднувальної атмосфери та роз'єднувальної атмосфери на дефекти роз'єднаної частини, кількість видалення зв'язуючого та вміст залишкового вуглецю; вплив параметрів процесу спікання (швидкість нагріву, температура спікання, час витримки, швидкість охолодження тощо). Пористість отриманого зразка становила близько 50 відсотків; крім того, було проаналізовано процес біологічної деградації отриманого матеріалу Ti6Al4V/HA в рідинному середовищі організму та охарактеризовано за результатами випробувань механічних властивостей.

2.2 Нові матеріали з титанових сплавів

Біомедична сфера є важливою галуззю застосування титанових матеріалів, і напрямок попиту на її застосування безпосередньо впливає на тенденцію розвитку титанових матеріалів.

Ранні титанові матеріали в основному являють собою чистий титан (фазу), але чисті титанові матеріали мають низьку міцність і низьку зносостійкість, а потім розвивають високу міцність і високу в'язкість плюс типу, представленого Ti6Al4V, Ti6Al7Nb і Ti5Al2.5Fe сплавом.

Ауст та ін. успішно виготовлені кісткові гвинтові матеріали з відмінною продуктивністю з використанням порошку Ti6Al7Nb і сполучної системи на основі воску (парафін плюс ПЕ плюс стеаринова кислота), як показано на малюнку 7, з відносною щільністю 97,6 відсотка, міцністю на розрив 815 МПа та плинністю міцність 714 МПа. Подовження 8,7 відсотка.

Результати досліджень показують, що елементи сплаву, такі як Al і V, у широко використовуваному сплаві титан-алюміній-ванадій і сплаві титан-алюміній-ніобій вивільняють цитотоксичні іони елементів Al і V після того, як імплантат потрапляє в організм людини, завдаючи шкоди людському організму. . .

У результаті дослідники провели серію розробок нового покоління системи титанового сплаву, що містить Nb, Ta, Zr, Mo, Sn та інші елементи біобезпеки без елементів Al і V.

Наразі розроблені та досліджені біотитанові сплави в основному включають Ti-15Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-35Nb-7 Zr-5Ta, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr та Ti- 29Nb-13Ta-4.6Zr та ін. [44]. Через обмеження технології фрезерування та інші аспекти ці системи сплавів рідко використовуються в процесах порошкового лиття під тиском.

Чжао та ін. провели експерименти з лиття під тиском з використанням порошку титану та порошку ніобію та успішно підготували двофазний сплав TiNb з відносною щільністю приблизно 95 відсотків. Шляхом випробувань механічних властивостей необроблених виробів, роз'єднаних частин і спечених частин, а також спікання з різним вмістом сплаву. Вплив вмісту ніобію на мікроструктуру та механічні властивості сплаву вивчали шляхом порівняння спостережень і порівняння мікроструктура сплаву.

Arockiasamy та ін. підготували сплав Ti5Fe5Zr шляхом додавання елементів Fe та Zr до порошку чистого титану HDH і виміряли механічні властивості сплаву. механізм.

Кістковий гвинт Ti6Al7Nb, виготовлений МІМ

3. Перспектива

Низька питома вага, висока питома міцність, відмінна біосумісність і стійкість до окислення, а також хороша стійкість до корозії титану і титанових сплавів роблять їх великим застосуванням в аерокосмічній, медичній, хімічній, автомобільній промисловості та споживчих товарах. Потенціал розвитку.

У порівнянні з традиційними методами обробки, такими як кування, лиття та механічна обробка, порошкове лиття під тиском має очевидні переваги, рівномірний склад сплаву, високий рівень використання сировини та потужну виробничу потужність великомасштабних складних деталей, що може значно сприяти виробництву титану і вироби з титанових сплавів. і застосування.

Незважаючи на певний прогрес у дослідженні лиття під тиском титану та титанових сплавів, у реальному процесі промислового виробництва ціна високоякісної порошкової сировини є відносно високою, перетворення та застосування нових високоякісних систем титанових сплавів для лиття під тиском недостатньо, і важко контролювати хімічний склад продукції. Ряд проблем, наприклад більших, ще належить вирішити.

Крім того, із швидким розвитком технологій мікросистем в останні роки попит на компоненти мікрокомплексів, які використовуються в мікросистемах, продовжує зростати. Порошкове лиття під тиском має бути переведено з традиційних типів продуктів на мікропродукти та розвинене на мікроін’єкції порошку. технологія формування.

В даний час більшість технологій мікроліття під тиском зосереджені на системах полімерів, нержавіючої сталі та інших матеріалів. Є ще багато проблем, які потрібно вивчити у мікроінжекційному формуванні титану та титанових сплавів.

Таким чином, розвиток досліджень лиття під тиском титану та титанових сплавів має бути зосереджено на дослідженні та розробці нових систем титанового сплаву, розробці недорогої високоякісної технології приготування порошку титанового сплаву та дослідженні мікролиття титану під тиском матеріали, придатні для мікро- та складних пристроїв.

Завдяки поглибленим дослідженням технології лиття під тиском титану та титанових сплавів вважається, що технологія лиття під тиском титану та титанових сплавів досягне значного прогресу, а потім сприятиме швидкому розвитку титанової промисловості.

Процес посткастингу

1. Термічна обробка: відпал, карбонізація, відпустка, загартування, нормалізація, відпустка поверхні

2. Обладнання для обробки: CNC, WEDM, токарний верстат, фрезерний верстат, свердлильний верстат, шліфувальний верстат тощо;

3. Обробка поверхні: порошкове напилення, хромування, фарбування, піскоструминна обробка, нікелювання, гальванізація, чорніння, полірування, вороніння тощо.

Прес-форми та контрольні пристрої

1. Термін служби цвілі: зазвичай напівпостійний. (крім втраченої піни)

2. Термін доставки прес-форми: 10-25 днів (відповідно до структури та розміру продукту).

3. Обслуговування інструментів і форм: Zhongwei відповідає за прецизійні деталі.

Контроль якості

1. Контроль якості: кількість дефектів становить менше 0.1 відсотка.

2. Зразки та пробний запуск будуть перевірені на 100 відсотків під час виробництва та перед відправленням, перевірка зразків для масового виробництва відповідно до стандартів ISDO або вимог замовника

3. Обладнання для випробувань: дефектоскопія, аналізатор спектру, аналізатор золотого зображення, трикоординатна вимірювальна машина, обладнання для вимірювання твердості, машина для випробування на розтяг.