仿生多孔金属材料成型工艺的研究

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1、仿生多孔金属材料成型工艺的研究摘要多孔金属材料以其优异的生物相容性、力学性能在仿生材料领域倍受关注。研究性能优良的多孔金属材料作为人骨修复和替代材料具有重要的科学意义和实用价值。为此，本文就多孔金属材料的成型技术与工艺进行了研究，分析了多孔金属的孔隙成形机理，确定了孔隙率对材料力学性能的影响规律，为多孔金属材料的仿生制造研究提供可靠的技术支持。以铁粉为试验原料，采用温压．烧结法，研究了聚合物含量、压制压力、压制温度、烧结温度和烧结时间等工艺参数对多孔金属材料成形后的孔隙率及力学性能的影响关系，确定了孔隙率

2、对多孔金属材料弹性模量的影响规律。研究结果表明：孔隙的形成是由金属粉体原料中本身存在大量空隙与高聚物经烧结分解形成孔隙所致，改变试验原料中的聚合物含量，可以对孔隙率进行有效的控制。多孔金属材料弹性模量随着其孔隙率的增大而降低。当聚合物含量为4--5wt％，压制压力为400MPa“00MPa，压制温度为140±1℃，烧结温度为1200。C～1300"C，烧结时间为2h时，制备的多孔金属材料满足仿生人骨的力学性能要求，其孔隙率与孔型结构为多孔金属材料的选择性激光烧结成形奠定了技术基础，减少了研究成本与激光器的

3、使用。以316L不锈钢粉为试验原料，采用选择性激光烧结技术，研究了激光功率、扫描速度和扫描间距等工艺参数对多孔金属材料成型后的孔隙性能和弹性模量的影响规律。借助环境扫描电镜，分析了激光参数对孔隙形貌的影响。其结果显示：选择性激光烧结技术制各多孔金属的孔隙成形机理是烧结金属粉末熔融球化，大量球体堆积后形成连通的孔隙，球化尺寸越大，孔径越小。随着激光功率增大、扫描速度减慢和扫描间距的减小，金属粉末单位时间、单位面积内吸收的激光热量增多，球化尺寸增大，烧结颈变大，同时平均孔径减小，孔隙形貌趋于球形，弹性模量得到

4、提高。确定出制备316L不锈钢仿生多孔金属材料最佳成型激光工艺参数为：激光功率90W～100W，扫描速度21mm／s～23mm／s，扫描间距0．165mm；所得多孔金属材料孔隙率为33．4％--37．8％，最大孔径308Inn，最小孔径23rtrn，平均孔径为94．29m～178jma，弹性模量为7．43GPa～12．76GPa。且制品性能随烧结工艺参数的有效控制连续变化，调控工艺参数，可制备出适用于个体化仿生人骨力学性能要求的多孔金属材料。关键词：多孔金属材料，激光烧结，孔隙率，孔径，弹性模量ⅡRESE

5、ARCHoFSHAPINGTECHNoLoGYABoUTBIoNICPORoUSMETALM队TERIALABSTRACTTheporousmetalwasregardedspeciallyinbionicmaterialfield,becauseoftheexcellentbiocompatibilityandmechanicsproperties．Therewerelessresearchoninfluenceofporositytothehumanbonesubstitutionortherepai

6、rmaterial，whichrestrictedthepracticalapplicationfieldsofporousmetalmaterial．Therefore，thereWasimportantscientificsignificanceandthepracticalvaluetoresearchtheporousmetalmaterialandtheshapingtechnics．Thisarticleanalysedtheporousmetalholeformingmechanism,de

7、terminedtheinfluencesofporosityonmechanicsproperties，andsuppliedreliabletechnicalsupportforresearchingtheproducingofbionicmaterialinRapidPrototyping．Themainexperimentandresultsareasfollowing：111eeffectsoftechnicsparameters(suchaspolymercontent．compactingp

8、ressure，compactingtemperature，sinteringtemperatureandsinteringtime)onporosityandmechanicscapabilityofporousmetalmaterialswereresearchedbyusingtheWarmcompacting—SinteringmethodwimFepowder．Consequently,theinfluenceofp