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、力學性能在仿生材料領域倍受關注。研究性能優(yōu)良的多孔金屬材料作為人骨修復和替代材料具有重要的科學意義和實用價值。為此，本文就多孔金屬材料的成型技術與工藝進行了研究，分析了多孔金屬的孔隙成形機理，確定了孔隙率對材料力學性能的影響規(guī)律，為多孔金屬材料的仿生制造研究提供可靠的技術支持。 以鐵粉為試驗原料，采用溫壓．燒結法，研究了聚合物含量、壓制壓力、壓制溫度、燒結溫度和燒結時間等工藝參數(shù)對多孔金屬材料成

2、形后的孔隙率及力學性能的影響關系，確定了孔隙率對多孔金屬材料彈性模量的影響規(guī)律。研究結果表明：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燒結分解形成孔隙所致，改變試驗原料中的聚合物含量，可以對孔隙率進行有效的控制。多孔金屬材料彈性模量隨著其孔隙率的增大而降低。當聚合物含量為4～5wt％，壓制壓力為400MPa～600MPa，壓制溫度為140±1℃，燒結溫度為1200℃～1300℃，燒結時間為2h時，制備的多孔金屬材料滿足仿生

3、人骨的力學性能要求，其孔隙率與孔型結構為多孔金屬材料的選擇性激光燒結成形奠定了技術基礎，減少了研究成本與激光器的使用。 以316L不銹鋼粉為試驗原料，采用選擇性激光燒結技術，研究了激光功率、掃描速度和掃描間距等工藝參數(shù)對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)對孔隙形貌的影響。其結果顯示：選擇性激光燒結技術制備多孔金屬的孔隙成形機理是燒結金屬粉末熔融球化，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，金屬粉末單位時間、單位面積內吸收的激光熱量增多，球化尺寸增大，燒結頸變大，同時平均孔徑減小，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