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《重庆大学》 2018年
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选区激光熔化成型多孔TC4合金性能和表面改性研究

吴艳琳  
【摘要】:为了消除应力屏蔽效应,改善植入体与骨组织的力学相容性,本文设计与制备了多孔TC4合金。同时由于TC4合金容易在空气中形成氧化物钝化膜,植入时与骨组织只形成机械结合,有必要对其进行表面改性,以提高材料的生物相容性。但对于多孔结构而言,直接对其内部表面进行改性需要考虑液体循环流动性问题,并且成型件内部立柱长宽约305μm×310μm,不利于表面粗糙度、接触角、XRD检测,加剧了优化工艺的复杂性与难度。因此本文采用与多孔TC4合金相同的SLM技术加工参数制备了致密TC4合金,并对TC4合金侧表面、上表面进行表面改性研究,为多孔TC4合金表面改性提供参考依据。论文主要的研究结论如下:(1)本文采用SolidWorks软件对多孔TC4合金结构进行设计,基于Gibson-Ashby公式对多孔体的力学性能进行预测;运用SLM技术制备出的多孔件的孔隙率为46%,弹性模量为8.8GPa,屈服强度为348MPa。与设计模型相比,多孔件的孔隙率降低了16%,孔径尺寸减小,实体部分尺寸增大;弹性模量和屈服强度的误差分别为13.6%和18.7%。SLM成型多孔件表面氧化物主要为TiO_2和Al_2O_3。(2)对致密TC4合金进行表面改性,由于TC4合金侧表面的粗糙度远大于上表面,因此本实验重点在于对侧表面的表面改性工艺的优化,最终成功的在TC4合金侧表面和上表面制备了钛酸钙涂层;(3)将在致密TC4合金侧表面获得的最佳表面改性工艺运用到多层多孔TC4合金中进行表面改性。结果显示,该工艺能够在2层多孔TC4合金内外表面生成钛酸钙涂层;并且经过一定的参数调整,在17层多孔TC4合金的内外表面也得到了钛酸钙涂层;(4)对改性前后致密TC4合金侧表面样、上表面样和2层多孔TC4合金进行体外细胞生物相容性评价。结果表明,改性前后试样均无细胞毒性;改性后具有钛酸钙涂层的试样表面细胞数量多于未改性前表面;细胞能够良好的在改性前后的试样表面铺展,钛酸钙涂层更有利于表面成骨细胞的增殖与粘附。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG665;R318.08

【参考文献】
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