Analisis Kecacatan Plat Aloi Titanium TC4ELI Perubatan

Abstrak: Plat aloi titanium TC4ELI perubatan tertentu didapati mempunyai kecacatan jalur terang yang menembusi semasa pemeriksaan pembesaran rendah. Jenis dan punca kecacatan dianalisis melalui pemeriksaan metalografik, pengimbasan analisis mikroskop elektron, analisis spektrum tenaga dan ujian kekerasan. Keputusan Ia menunjukkan bahawa kecacatan ini adalah kecacatan pengasingan unsur yang kaya dengan titanium + interstisial, yang disebabkan oleh saiz zarah titanium span yang tidak sekata dan pengagihan campuran aloi perantaraan yang tidak sekata semasa proses pengeluaran jongkong aloi titanium. Adalah disyorkan untuk mengurangkan atau menghapuskan kecacatan ini dengan mengawal bahan mentah dan proses peleburan. kecacatan.

Aloi titanium TC４ELI telah menjadi implan pembedahan perubatan kerana biokeserasiannya yang baik, modulus keanjalan yang rendah, ketumpatan rendah, sifat anti-karat yang baik, tidak toksik, kekuatan hasil yang tinggi, jangka hayat keletihan yang panjang, keplastikan yang besar di dalam bilik. suhu, dan mudah dibentuk. Bahan yang sesuai untuk peranti perubatan [1-2]. Plat aloi titanium TC4ELI perubatan digunakan terutamanya dalam pembaikan tengkorak, cantuman tulang, dsb., yang mempunyai keperluan yang lebih tinggi terhadap kekuatan, hayat keletihan, keplastikan, dll. Menurut GB/T 13810-2017«Pembedahan Implantasi Titanium dan pemprosesan aloi titanium bahan untuk kegunaan perubatan», jika pengasingan, kemasukan logam atau bukan logam dan kecacatan metalurgi yang boleh dilihat secara visual ditemui dalam struktur pembesaran rendah bahan aloi titanium yang digunakan dalam produk implan, kumpulan produk akan dinilai sebagai tidak layak .Pengasingan adalah manifestasi komposisi mikro-rantau yang tidak sekata bahan aloi titanium dalam struktur. Plat TC4ELI perubatan ialah aloi titanium dua fasa + jenis. Jika komposisi wilayah mikronya tidak sekata, ia akan menyebabkan keabnormalan pada makro dan struktur mikro, yang membawa kepada keabnormalan. Terdapat perbezaan yang ketara dalam kekerasan antara kawasan biasa dan kawasan normal, yang akan membawa kepada prestasi keseluruhan bahan aloi titanium yang tidak sekata, dengan itu mengurangkan kekuatan bahan, hayat keletihan dan keplastikan, dan akhirnya membawa kepada kegagalan bahan awal [{{ 13}}].

Semasa pemerhatian pembesaran rendah bagi plat aloi titanium TC4ELI perubatan tertentu, kawasan berbentuk jalur yang tidak normal dengan lebar kira-kira 5mm ditemui. Apabila sebahagian daripadanya dipintas dan diperhatikan pada pembesaran rendah, didapati bahawa kawasan berbentuk jalur adalah jalur terang. Untuk menentukan dengan tepat jenis kecacatan, adalah perlu untuk mengenal pasti kecacatan. Penulis telah meneliti dan menganalisis punca-puncanya.

1 Ujian fizikal dan kimia
1.1 Pemeriksaan metalografik
Gunakan Pemerhati. Mikroskop metalografi ZEISS jenis AIM digunakan untuk menjalankan pemeriksaan metalografi bagi kawasan jalur terang dan kawasan normal plat aloi titanium TC4ELI. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah 2, kawasan jalur terang ialah struktur equiaxed fasa tunggal, menunjukkan ciri-ciri struktur seperti pengasingan, manakala kawasan normal adalah Dalam struktur aloi titanium TC4ELI tipikal yang diproses di rantau + dua fasa, semua sempadan bijian asal telah dipecahkan sepenuhnya, jadi boleh ditentukan bahawa kawasan jalur terang adalah kecacatan pengasingan.

1.2 Mengimbas analisis mikroskop elektron
Mikroskop elektron pengimbasan pelepasan medan sejuk (SEM) JSMG6700 telah digunakan untuk menganalisis morfologi kawasan jalur terang dan kawasan normal plat aloi titanium TC4ELI. Seperti yang dapat dilihat daripada Rajah 3, struktur equiaxed fasa tunggal dalam kawasan jalur terang adalah lebih jelas, dan kawasan normal menunjukkan + Ciri-ciri struktur yang diproses bagi kawasan dua fasa adalah konsisten dengan keputusan pemeriksaan metalografi, dan selanjutnya ditentukan bahawa kawasan jalur terang adalah kecacatan pengasingan.

1.3 Analisis spektrum tenaga
Spektrometer tenaga (EDS) yang dipasang pada mikroskop elektron pengimbasan digunakan untuk melakukan analisis komponen mikro pada kawasan jalur terang dan kawasan normal plat aloi titanium TC4ELI. Keputusan analisis ditunjukkan dalam Jadual 1. Dapat dilihat bahawa kandungan vanadium di kawasan normal adalah lebih tinggi sedikit daripada nilai piawai. Selain itu, kandungan unsur lain adalah mematuhi keperluan GB/T 3620.1-2016 "Gred aloi titanium dan titanium dan komposisi kimia"; kandungan titanium, aluminium dan vanadium dalam kawasan jalur terang tidak berada dalam julat standard, dan terdapat kandungan kaya titanium yang jelas. , miskin dalam aluminium dan miskin dalam vanadium, dan kandungan unsur oksigen adalah had atas julat standard, ia dinilai bahawa plat aloi titanium TC4ELI mempunyai kecacatan pengasingan yang kaya dengan titanium.

1.4 Ujian kekerasan
Pengasingan aloi titanium boleh dibahagikan kepada pengasingan keras (kekerasan bahagian pengasingan lebih tinggi daripada kekerasan zon biasa, juga dikenali sebagai pengasingan rapuh) dan pengasingan lembut (kekerasan bahagian pengasingan lebih rendah daripada kekerasan zon normal) mengikut perbezaan antara kekerasan bahagian pengasingan dan zon biasa. Juga dikenali sebagai pengasingan tidak rapuh). Ujian kekerasan Micro-Vickers telah dijalankan pada kawasan jalur terang dan kawasan normal plat aloi titanium TC4ELI. Keputusan yang diukur ialah 383HV dan 327HV masing-masing. Ia boleh dilihat bahawa kekerasan kawasan jalur terang adalah jauh lebih tinggi daripada kawasan biasa. Jenis pengasingan dalam kawasan jalur terang ialah pengasingan rapuh[11].
2 Analisis dan Perbincangan
Kawasan jalur terang bagi kepingan aloi titanium TC4ELI adalah kecacatan pengasingan. Kecacatan ini disebabkan oleh pengaloian yang tidak lengkap bagi zarah aloi perantaraan. Ia adalah pengasingan yang kaya dengan titanium, tetapi ia bukan pengasingan yang kaya dengan titanium biasa kerana kekerasan kawasan pengasingan yang kaya dengan titanium sepatutnya Ia lebih rendah daripada kawasan biasa [12], dan kekerasan kawasan kecacatan pengasingan ( kawasan jalur terang) lembaran aloi titanium TC4ELI adalah lebih tinggi daripada kawasan biasa, yang konsisten dengan ciri-ciri pengasingan unsur interstisial. Unsur interstisial secara khusus merujuk kepada oksigen, karbon dan nitrogen. elemen. Kandungan oksigen yang tinggi dalam kawasan kecacatan pengasingan mengesahkan keputusan ini. Pengayaan unsur interstisial akan meningkatkan suhu transformasi fasa beta aloi titanium, meningkatkan kekerasan fasa alfa, dan menjadikan bahan rapuh. Secara ringkasnya, TC4ELI titanium Jenis kecacatan pengasingan dalam kepingan aloi ialah pengasingan unsur yang kaya dengan titanium + interstisial.
Punca kecacatan pengasingan ini terutamanya berkaitan dengan proses peleburan aloi titanium. Kecacatan pengasingan telah pun terbentuk dalam pengeluaran jongkong. Pada masa ini, perusahaan pengeluaran aloi titanium China secara amnya mengguna pakai kaedah peleburan relau arka elektrik habis lebur vakum tiga laluan, yang dikendalikan semasa proses penyediaan elektrod. Penggunaan yang tidak betul dengan mudah boleh menyebabkan pencemaran logam atau pembentukan oksida dan nitrida refraktori. Pemilihan arus dan voltan yang tidak betul akan menyebabkan zon lebur gagal mencapai keseimbangan haba semasa proses lebur, dan juga akan menyebabkan perubahan dalam kedalaman kolam lebur, mengakibatkan saiz zarah titanium span tidak sekata. Pengagihan campuran aloi induk yang tidak sekata akan menyebabkan pengayaan dan penyusutan unsur aloi di kawasan tempatan bahan, menyebabkan titik transformasi fasa di kawasan ini terpesong. Semasa proses pemprosesan panas seterusnya, ia akan berkembang secara beransur-ansur menjadi struktur yang tidak normal dan membentuk kecacatan pengasingan. [12G18].
3 Kesimpulan dan cadangan
Lembaran aloi titanium TC4ELI mempunyai kecacatan pengasingan unsur yang kaya dengan titanium + interstisial. Kecacatan ini disebabkan oleh saiz zarah titanium span yang tidak sekata dan pengagihan campuran aloi perantaraan yang tidak sekata semasa proses pengeluaran jongkong aloi titanium.
Adalah disyorkan untuk mengurangkan atau menghapuskan kecacatan tersebut dengan mengukuhkan kawalan bahan mentah dan campuran, serta pemilihan voltan dan arus semasa penyediaan elektrod dan proses peleburan.
rujukan:
[1] Yin Dongfang, Huang Yifei. Penyelidikan tentang biokompatibiliti aloi titanium perubatan[J]. Jurnal Penyelidikan Perubatan, 2008, 37(10):96G97.
[2] Li Jun, Wei Jianhua, Zhang Yumei, dll. Penilaian biokeserasian aloi titanium perubatan baharu[J]. Jurnal Stomatologi Praktikal, 2010, 26(5): 636G640.
[3] Wang Weimin, Lin Shaohua, Cao Jimin, dsb. Kesan teknologi pemprosesan haba pada struktur mikro rod aloi TC4 perubatan[J]. Kemajuan Industri Titanium, 2012, 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin, Lin Shaohua, Li Lei, dll. Komposisi, struktur dan sifat mekanikal rod aloi Ti6Al4V (ELI) untuk implan pembedahan [J]. Jurnal Logam Bukan Ferus Cina, 2010, 20(S1): 555G559.
[5] Yu Zhentao, Yu Sen, Zhang Minghua, et al. Status semasa dan kemajuan reka bentuk, pembangunan dan penggunaan bahan aloi titanium perubatan baharu untuk implan pembedahan [J]. China Materials Progress, 2010, 29(12):35G51.
[6] Ma Xiqun, Yu Zhentao, Niu Jinlong, et al. Kemajuan penyelidikan tentang struktur dan sifat aloi titanium bioperubatan baharu[J]. Kejuruteraan dan Klinik Bioperubatan, 2013, 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei, Min Xiaohua, Tao Xiaojie, dll. Kawalan struktur mikro dan prestasi pengecutan kuku berbentuk U bagi rod aloi titanium TC4 perubatan[J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Volume Fizik), 2013, 49(2):117-118.
[8] Li Rong, Wei Dong, Xu Lu, et al. Analisis kegagalan fraktur plat tulang aloi titanium TA3 untuk implantasi pembedahan [J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Fizik), 2016, 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong, Fan Yajun, Wang Hai, dsb. Penyelidikan tentang sifat aloi titanium TiG6AlG4VELI untuk wayar atas tulang belakang[J]. Teknologi Pemprosesan Terma, 2014, 43(4):98G 102.
[10] Li Hui, Qu Hennglei, Zhao Yongqing, dsb. Penyelidikan tentang struktur mikro dan sifat mekanikal kepingan aloi TiG6AlG4V ELI[J]. Kemajuan Industri Titanium, 2005, 22(6):24G27.
[11] Zhang Li, Shen Liang, Li Ruiwen, et al. Ujian kekerasan Vickers mikroskopik bagi zon pemendakan fasa kaya titanium aloi VG5CrG5Ti[J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Volume Fizik), 2014, 50(9): 651G654.
[12] He Chunyan, Zhu Jianwen, Zhu Kangping. Analisis kecacatan pengasingan biasa dalam - rod aloi titanium dua fasa[J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Fizik), 2013, 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun, He Chunyan, Xue Xiangyi, dsb. Contoh analisis kecacatan metalurgi aloi titanium[J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Volume Fizik), 2013, 49(12): 819G822, 826.
[14] Cai Jianming, Zhang Wangfeng, Li Zhenxi, dsb. Ciri dan kawalan jalur terang dan gelap pada bilah aloi titanium TC11[J]. Kejuruteraan Bahan, 2005, 33(1): 16G19.
[15] Liu Jun, Tang Guangping, Yang Guizhu. Analisis kecacatan coretan terang dalam bar aloi titanium TC4[J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Fizik), 2011, 47(10): 646G 648.
[16] Wu Junfeng. Analisis punca keretakan rod aloi titanium TC11[J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Volume Fizik), 2012, 48(5): 331-333.
[17] Zhu Mingde, Shen Yinuo. Analisis kegagalan patah bolt aloi titanium berkekuatan tinggi [J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Volume Fizik), 2008, 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli, Qi Fengjun, Mu Ying, et al. Analisis punca kerosakan wayar nikel-titanium[J]. Ujian Fizikal dan Kimia (Volume Fizik), 2018, 54(11):829G832.