Bagian Injeksi Logam Titanium Alloy Golf Head

Teknologi cetakan injeksi logam titanium dan paduan titanium (MIM) dapat mewujudkan persiapan skala besar dan murah dari produk titanium berbentuk kompleks berukuran kecil dan menengah, yang sangat penting untuk mempromosikan produksi dan penerapan titanium dan paduan titanium produk. Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co, Ltd adalah kumpulan cetakan injeksi logam paduan tembaga, cetakan injeksi logam berbasis besi, cetakan injeksi logam berbasis stainless steel, cetakan injeksi logam paduan aluminium, cetakan injeksi logam paduan nikel, injeksi logam paduan kobalt cetakan, cetakan injeksi logam paduan tungsten Perusahaan teknologi tinggi yang komprehensif mengintegrasikan R&D, produksi dan penjualan cetakan injeksi, bagian injeksi logam kepala golf paduan Titanium, cetakan injeksi logam karbida disemen, dan bagian struktural metalurgi serbuk.

Produk Destulisan

1. Standar implementasi: perusahaan secara ketat menerapkan sertifikasi ISO9001, ISO14001, IATF16949

Produk telah lulus sertifikasi ROHS, FDA EU, dll.

2. Standar bahan produk: ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Proses utama: MIM cetakan injeksi logam, PM metalurgi serbuk, pengecoran investasi, aluminium die-casting,

4. Bahan yang tersedia untuk metalurgi serbuk:

Paduan tembaga, dasar besi, paduan titanium, basis baja tahan karat, paduan aluminium, paduan nikel, paduan kobalt, paduan tungsten, karbida disemen, paduan hidroksi, bahan magnetik lunak dan pencetakan 3D dapat disesuaikan sesuai dengan kebutuhan pelanggan.

Penelitian dan Aplikasi

Proses pencetakan injeksi serbuk logam biasanya mencakup beberapa proses dasar seperti persiapan bahan injeksi, pencetakan injeksi, debonding, sintering dan pasca-pemrosesan yang diperlukan.

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, bubuk logam dan komponen pengikat organik dicampur, diremas dan digranulasi untuk menyiapkan bahan injeksi, dan kemudian bahan injeksi disuntikkan ke dalam cetakan pada suhu dan tekanan tertentu, dan setelah pendinginan, dibongkar untuk mendapatkan bahan injeksi tertentu. Tubuh hijau dari produk berbentuk kemudian mengalami proses debonding untuk menghilangkan semua komponen organik kecuali bubuk logam yang terkandung dalam tubuh hijau menjadi tubuh debonded, dan akhirnya disinter untuk mendapatkan bagian injeksi logam kepala golf paduan Titanium dengan sifat yang diinginkan.

Teknologi cetakan injeksi serbuk logam mewujudkan kombinasi organik dari cetakan injeksi dan teknologi metalurgi serbuk tradisional, mengatasi biaya proses pemesinan yang tinggi, bentuk sederhana dari proses pencetakan tradisional, efisiensi produksi yang rendah dari proses pengepresan dan grouting isostatik, dan proses pengecoran tradisional . Kerugian dari banyak cacat dan akurasi toleransi yang rendah telah sangat mendorong produksi dan aplikasi produk titanium dan paduan titanium (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2).

Gbr.1 Diagram alir titanium dan paduan titanium yang diproduksi oleh MIM

Gbr.2 Aplikasi titanium dan paduan titanium yang diproduksi oleh MIM

Berikut ini memperkenalkan karakteristik dan keunggulan bagian injeksi logam kepala golf paduan Titanium, dan merangkum kemajuan penelitian teknologi cetakan injeksi bubuk logam titanium dan paduan titanium dari bahan baku bubuk, sistem pengikat yang umum digunakan, cetakan injeksi, debonding dan sintering. Masalah utama ada, dan arah penelitian cetakan injeksi serbuk logam titanium dan paduan titanium dianalisis.

1. Status penelitian cetakan injeksi serbuk logam titanium dan titanium

Studi telah menunjukkan bahwa sifat mekanik, ketahanan korosi dan sifat biomedis dari produk cetakan injeksi titanium dan paduan titanium sangat dipengaruhi oleh kepadatan relatif, kandungan pengotor, elemen paduan dan struktur mikro.

Setelah produk cetakan injeksi disinter, kerapatan relatifnya sekitar 95 persen, dan akan ada proporsi pori-pori residu tertentu.

Pori-pori sisa ini akan menjadi sumber retakan pada saat sampel dipatahkan, dan berdampak besar pada sifat mekanik material seperti kekuatan tarik, daktilitas, ketangguhan patah dan kekuatan lelah. Oleh karena itu, semakin tinggi kepadatan relatif produk cetakan injeksi titanium dan paduan titanium, sifat mekaniknya lebih baik.

Elemen pengotor seperti oksigen, karbon, nitrogen, hidrogen, dll, terutama oksigen, akan meningkatkan kekuatan luluh, kekuatan tarik dan kekerasan material, dan mengurangi keuletan. Elemen pengotor dilarutkan dalam matriks titanium pada suhu sintering. Karena tidak ada zat pereduksi yang efektif, sulit untuk mengontrol elemen pengotor titanium dan paduan titanium selama proses sintering. kuantitas.

Struktur mikro titanium dan paduan titanium, termasuk ukuran butir dan komposisi fasa setelah sintering, dapat mempengaruhi sifat mekanik material. Secara keseluruhan, titanium cetakan injeksi dan bahan paduan titanium dengan kinerja yang sangat baik memiliki kepadatan yang lebih tinggi, kandungan pengotor yang rendah (biasanya kandungan oksigen), komposisi paduan yang sesuai, butiran halus dan lebih sedikit cacat selama densifikasi.

1.1 Bahan baku bubuk

Pemilihan bahan baku bubuk merupakan langkah penting dalam proses pencetakan injeksi bubuk titanium. Distribusi ukuran partikel dan morfologi serbuk secara langsung mempengaruhi kemampuan alir dan kemampuan bentuk bahan injeksi, retensi bentuk benda hijau selama debonding dan penyusutan selama sintering.

Saat ini, metode preparasi serbuk titanium dan paduan titanium yang umum digunakan meliputi metode mekanis dan metode atomisasi.

Bentuk bubuk yang diperoleh dengan penggilingan mekanis (seperti penggilingan bola, penggilingan bola pengadukan, penggilingan bola getaran energi tinggi dan penggilingan jet, dll.) umumnya tidak teratur atau bersudut.

Proses hidrogenasi dehidrogenisasi (HDH) adalah untuk mengambil keuntungan dari penggetasan yang jelas dari titanium setelah penyerapan hidrogen, menghancurkannya dengan penggilingan mekanis atau penghancuran jet, dan kemudian menjalani dehidrogenasi untuk mendapatkan bubuk titanium berbentuk tidak teratur, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 ( a) ditunjukkan . Metode atomisasi (seperti atomisasi gas inert, atomisasi elektroda berputar sinar plasma, dan atomisasi gas peleburan induksi elektroda) dapat dilakukan dalam atmosfer yang sepenuhnya lembam untuk mempertahankan kemurnian tinggi bubuk mentah, menghasilkan bentuk bulat dan distribusi ukuran partikel. cukup lebar dan memiliki sifat pengepakan yang baik, seperti ditunjukkan pada Gambar 3(b).

Selain itu, berbeda dengan teknologi produksi serbuk baja, serbuk titanium dengan ukuran partikel yang lebih halus lebih sulit diproduksi. Ketika ukuran partikel berkurang, luas permukaan spesifik meningkat, dan kandungan elemen pengotor juga meningkat.

Biasanya, ukuran partikel serbuk titanium yang digunakan dalam MIM kurang dari 45 m. Ketika ukuran partikel bubuk terlalu besar, fenomena pemisahan bubuk-pengikat mungkin terjadi selama proses injeksi, yang mengakibatkan cacat. Hal ini perlu diperhatikan sepenuhnya dalam desain komposisi bahan injeksi dan desain cetakan.

Gbr.3 HDH (a) dan bubuk titanium yang diatomisasi gas (b) digunakan dalam MIM

1.2 Pengikat

Pengikat adalah pembawa yang ada secara bertahap selama proses pencetakan injeksi. Fungsi utamanya adalah untuk membuat serbuk mengisi cetakan secara seragam dalam keadaan cair, membentuk bentuk yang diinginkan, dan mempertahankannya sampai tahap pra-sintering.

Dalam proses pencetakan injeksi, pengikat harus memiliki karakteristik sebagai berikut: titik leleh rendah, keterbasahan yang baik terhadap partikel bubuk dan pengeringan cepat, yang nyaman untuk persiapan bahan injeksi; fluiditas yang baik pada suhu injeksi; setelah dicetak Ini dapat dengan mudah dikeluarkan dari tubuh hijau, dan ada lebih sedikit zat sisa, dan produk dekomposisi tidak beracun dan tidak korosif.

Secara umum, komponen pengikat mengandung setidaknya komponen primer dan komponen sekunder:

Komponen utama digunakan untuk membasahi partikel serbuk logam dan memberikan fluiditas yang diperlukan, sedangkan komponen sekunder memastikan bahwa bodi injeksi masih memiliki kekuatan yang cukup selama proses injeksi dan setelah pelepasan komponen utama pengikat.

Dalam kebanyakan kasus, sistem pengikat memiliki komponen ketiga, seperti surfaktan, untuk meningkatkan kompatibilitas antara bubuk logam dan polimer.

Menurut komponen utama dari komponen perekat, sistem perekat yang umum digunakan dapat dibagi menjadi sistem berbasis lilin, sistem berbasis senyawa aromatik, sistem polioksimetilen, dan sistem berbasis air.

1.2.1 Perekat berbasis lilin

Lilin yang umum digunakan untuk pengikat sistem berbasis lilin mencakup beberapa polimer rantai pendek seperti parafin, lilin lebah, dan lilin sawit. Mereka memiliki titik leleh yang rendah, keterbasahan yang baik, rantai molekul pendek, dan viskositas rendah, dan perubahan volumenya lebih kecil daripada polimer lain ketika didekomposisi. , yang bermanfaat untuk memastikan akurasi dimensi produk.

Komponen sekunder yang umum digunakan dari sistem berbasis lilin adalah polipropilen, polietilen, kopolimer etilena-vinil asetat dan polimetil metakrilat dengan berat molekul tinggi, dll. Selain lilin dan pengikat tulang punggung, Agen aktif permukaan, seperti asam stearat, digunakan untuk meningkatkan kompatibilitas antara bubuk dan polimer.

Sistem pengikat berbasis lilin paling awal yang dilaporkan dalam literatur adalah Kaneko et al. menggunakan parafin-poli-n-butil metakrilat-etilena vinil asetat kopolimer-dibutil ftalat sebagai pengikat untuk dicampur dengan bubuk titanium untuk menyiapkan bahan injeksi. , pemuatan bubuk 56 persen , dan disinter pada 1300 derajat dan 1,3 Pa setelah debonding. Sampel sinter yang diperoleh memiliki kerapatan relatif 94 persen dan kuat tekan 1000 MPa, tetapi hampir tidak memiliki daktilitas karena kandungan pengotor yang terlalu tinggi.

mempelajari proses debonding dua langkah yang menggabungkan debonding vakum dan debonding atmosfer argon, yang secara signifikan mengurangi kandungan karbon dan oksigen di bagian yang disinter.

Gua dkk. mengganti bagian dari parafin dengan polietilen glikol dengan keterbasahan yang lebih baik, mengembangkan sistem pengikat asam parafin-polietilen glikol-polietilen-polipropilen-stearat, dan menggunakannya dalam cetakan injeksi titanium murni dan paduan titanium-aluminium-vanadium, bagian yang disinter memiliki retensi bentuk yang baik dan fluktuasi dimensi yang kecil. Karena pengurangan kandungan oksigen dan karbon, kinerjanya juga sangat meningkat, dan diperoleh kinerja yang lebih baik.

Selain itu, beberapa peneliti menggunakan palm wax untuk menggantikan sebagian parafin dan palm oil untuk menggantikan parafin sepenuhnya [14] untuk sistem pengikat berbasis lilin, dan efek pembentukannya juga sangat baik, tetapi karena unsur oksigen yang terkandung dalam palm wax itu sendiri juga sangat baik. Sumber oksigen, sehingga kandungan karbon dan oksigen dari produk akhir sedikit lebih tinggi, dan sifat mekaniknya tidak sebaik sistem parafin.

Sistem pengikat berbasis lilin yang optimal yang dilaporkan dalam literatur diusulkan oleh Friederici et al. . Selama percobaan, rasio parafin, polietilen densitas rendah dan asam stearat disesuaikan untuk membentuk empat rasio pengikat. Melalui proses pembentukan, pelepasan ikatan dan sintering dari bahan injeksi yang berbeda, diperoleh sampel dengan kerapatan relatif 98,1 persen dan komposisi kimia yang memenuhi titanium murni sekunder.

Sistem pengikat berbasis lilin menempati posisi penting dalam pencetakan injeksi, tetapi karena sistem pengikat berbasis lilin menggunakan pelarut organik untuk debonding pelarut dan memiliki efisiensi degreasing yang rendah, para peneliti terus berinovasi atas dasar ini dan mengembangkan perekat baru. sistem agen.

1.2.2 Perekat berbasis senyawa aromatik

Senyawa aromatik (seperti naftalena, antrasena, dll.) dapat larut pada suhu yang sangat rendah. Di bawah kondisi tekanan rendah, mereka dapat langsung diubah dari padatan menjadi gas dengan sublimasi pada suhu yang lebih rendah dari titik lelehnya. Senyawa aromatik digunakan sebagai pengikat. Pemisahan dapat sangat meningkatkan efisiensi proses debonding.

Weil dkk. menggunakan senyawa aromatik dalam cetakan injeksi bubuk titanium. Dalam penelitiannya dibuat paduan titanium-aluminium-vanadium padat dan paduan titanium-aluminium-vanadium berpori dengan menggunakan kopolimer naftalena, asam stearat 1 persen dan kopolimer etilen vinil asetat 3 persen -12 persen sebagai pengikat.

Selama percobaan, karena naftalena langsung disublimasikan menjadi gas dan dibuang, tidak ada fase cair yang muncul selama proses debonding, dan volume sampel tidak berubah, dan tidak seperti pelarut degreasing, energi permukaan yang terlibat dalam metode sublimasi rendah, yang berarti umum degreasing cacat seperti deformasi. , retak, dll dapat dihindari, percobaan akhirnya diperoleh kepadatan relatif sampel sinter 96,6 persen , dan kandungan karbon tidak meningkat.

Meskipun sistem pengikat telah mencapai kinerja produk yang sangat baik, senyawa aromatik dalam sistem masih berdampak pada lingkungan dan kesehatan fisik, dan belum ditindaklanjuti oleh penelitian dan aplikasi skala besar.

1.2.3 Perekat berbasis POM

Polyoxymethylene pertama kali digunakan dalam sistem perekat oleh Celanese Corp pada tahun 1984, dan kemudian dikembangkan oleh BASF, yang memungkinkan komponen perekat tidak mengandung lilin dan komponen dengan berat molekul kecil.

Polyoxymethylene adalah komponen utama dari sistem pengikat, dan polietilen (PE) secara bertahap ditambahkan sebagai pengikat kerangka dalam proses pengembangan selanjutnya.

Berdasarkan sistem pengikat ini, BASF saat ini membentuk senyawa cetakan injeksi yang mencakup berbagai bahan termasuk baja paduan rendah, baja tahan karat, baja perkakas, paduan titanium dan titanium dan keramik.

Karakteristik yang luar biasa dari polioksimetilen adalah lebih sensitif terhadap reagen asam dan rentan terhadap dekomposisi asam. Oleh karena itu, dengan memperlakukan benda hijau dalam suasana asam lebih rendah dari suhu pelunakannya, polioksimetilena berada dalam keadaan padat, yang menghindari cacat seperti retak dan ekspansi yang disebabkan oleh mendidihnya komponen pengikat, dan memiliki deformasi kecil dan retensi bentuk yang baik. . Kontrol ukuran yang tepat.

Selain itu, karena tingkat difusi yang besar, dibandingkan dengan metode degreasing lainnya, tingkat degreasing lebih tinggi, yang dapat mencapai 10 kali tingkat debonding pelarut tradisional, sementara memungkinkan debonding ukuran lebih tebal.

Meskipun sistem perekat berbasis POM memiliki banyak kelebihan di atas, tetapi juga memiliki banyak kelemahan.

Uap asam nitrat korosif sering digunakan sebagai katalis dalam proses debonding katalitik. Di satu sisi, polioksimetilena dapat terurai selama tahap persiapan pra-injeksi dan pencetakan injeksi, menghasilkan formaldehida yang sangat beracun, dan produk dekomposisi perlu dibakar dalam dua langkah. Di sisi lain, suasana asam yang memainkan peran katalitik lebih korosif terhadap peralatan dan membutuhkan lebih banyak investasi.

1.2.4 Perekat berbasis air

Pelarut debonding (seperti heptana dan heksana) atau produk dekomposisi dari komponen pengikat (monomer aromatik dan formaldehida) yang digunakan dalam sistem pengikat tersebut kurang lebih berbahaya bagi lingkungan dan operator. Oleh karena itu, sangat penting untuk mengembangkan sistem pengikat menggunakan pelarut yang ramah lingkungan.

Sistem pengikat ramah lingkungan yang ada menggunakan air sebagai pelarut debonding.

Menurut peran air yang berbeda dalam persiapan bahan injeksi, sistem pengikat tersebut dapat dibagi menjadi dua jenis: berbasis gel dan non-gel.

Polimer yang umum digunakan untuk sistem berbasis non-gel adalah polietilen glikol, yang memiliki sifat lebih baik dan murah serta tersedia. Polietilen glikol dengan berat molekul rendah dapat dengan cepat dan hampir sepenuhnya dihilangkan pada 60 derajat , dan berat molekul polietilen glikol yang umum digunakan berkisar antara 500 hingga 2000. Pengikat tulang punggung yang umum digunakan adalah polimetil metakrilat dengan berat molekul 10.000.

menggunakan komponen pengikat yang larut dalam air dari asam polietilen glikol-polimetil metakrilat-stearat pada pemuatan bubuk 69 persen.

Dalam percobaan, polietilen glikol benar-benar dihilangkan dalam air pada 55 derajat selama 5 jam, dan polimetil metakrilat benar-benar dihilangkan dalam aliran argon debonded panas pada 440 derajat. Kandungan oksigen akhir (fraksi massa) dari sampel yang disiapkan adalah 0,2 persen, kekuatan tarik yang sesuai adalah 850~880 MPa, dan perpanjangan adalah 8,5 persen ~16 persen, yang memenuhi standar ASTM grade 5 Ti.

Sebagian besar pengikat berbasis gel adalah zat alami, seperti selulosa, agar pati, dll.

Tokura menggunakan agar-agar untuk menggantikan pengikat polimer dalam cetakan injeksi serbuk titanium, dan mempelajari stabilitas termal, kelarutan dan viskositas injeksi dari sistem pengikat.

Metal Powder Report (MPR) melaporkan sebuah penelitian tentang produksi implan oral paduan titanium menggunakan perekat berbasis agar, yang terdiri dari bahan penguat agar, air, dan gel.

Suzuki dkk menyiapkan sampel dengan kerapatan relatif 97,3 persen dengan menggunakan pengikat yang mengandung 4 persen fraksi massa agar (berat molekul 82 500), fraksi massa karbon dan oksigen sampel adalah 0,33 persen dan 0.3 persen, masing-masing, dan kekuatan luluh adalah 539 MPa. , perpanjangannya sekitar 10 persen . Hasil eksperimen menunjukkan bahwa ketika agar dengan berat molekul tinggi digunakan, kekuatan gel meningkat, tetapi kandungan karbon dan oksigen residu lebih tinggi, mengakibatkan penurunan kerapatan sinter dari bagian yang disinter, dan kekuatan tarik dan perpanjangan yang lebih rendah.

Pengikat berbasis air non-gel mudah dikontrol, peralatan penghilang lemak lebih murah daripada metode degreasing lainnya, dan pengikat dapat terurai secara hayati dan tidak beracun bagi mikroorganisme, tetapi pengolahan air limbah degreasing memerlukan biaya tambahan.

Kontrol ukuran bagian akhir yang dihasilkan oleh bahan injeksi sistem pengikat berbasis gel sulit, dan komposisinya tidak cukup stabil, dan kondisi proses dan kontrol kualitas yang sulit, dan masih diperlukan penelitian dan optimasi lebih lanjut.

1.3 Cetakan injeksi, debonding, dan sintering

Parameter proses pencetakan injeksi ditentukan oleh sifat bahan injeksi dan geometri produk target.

Seperti disebutkan di atas, ukuran partikel bubuk titanium biasanya kasar. Dibandingkan dengan cetakan injeksi bahan stainless steel, mudah untuk menghasilkan fenomena pemisahan pengikat-serbuk. Sebelum pencetakan injeksi, parameter proses pencetakan yang sesuai harus diformulasikan sesuai dengan sifat reologi bahan injeksi untuk mengurangi Cacat pada bodi yang dibentuk.

[Wang et al.] menggunakan paduan Ti–6Al–4V yang dikombinasikan dengan sistem pengikat berbasis lilin bubuk untuk menyiapkan bahan cetakan injeksi, dan menguji serta menganalisis sifat reologi bahan injeksi di bawah beban dan suhu bubuk yang berbeda, memberikan dasar untuk merumuskan yang sesuai parameter pencetakan untuk proses pencetakan injeksi. .

Taman dkk. menggunakan bubuk titanium aerosol, bubuk titanium HDH dan bubuk titanium HDH spheroidized untuk menyiapkan bahan injeksi, dan mengukur sifat reologi dan perilaku debonding, dan mengusulkan indeks kemampuan bentuk bahan injeksi. Kinerja dievaluasi, dan hasil analisis memberikan dasar teoritis untuk penggunaan simultan bubuk HDH dan bubuk aerosol dalam sistem injeksi.

Berdasarkan proses simulasi numerik dan eksperimental, parameter proses yang optimal untuk produksi bagian cetakan injeksi logam bebas cacat dengan sifat mekanik yang diinginkan dibahas oleh Barriere et al., berdasarkan teknik pemodelan menggunakan persamaan aliran dua fase dan metode baru. development Algoritma eksplisit digunakan untuk merealisasikan prediksi fenomena pemisahan material pada proses injeksi menggunakan simulasi numerik.

Chen dkk. menggunakan hidrodehidrodehidrogenasi Ti–6Al–4V bubuk pra-paduan dan sistem pengikat yang larut dalam air untuk menyiapkan bahan injeksi, dan kemudian mengukur laju penghilangan polietilen glikol, komponen pengikat yang larut dalam air, dalam sampel dengan ketebalan yang berbeda pada suhu yang berbeda, dan didirikan sebuah formula. Model matematika debonding yang dikendalikan difusi digunakan untuk menentukan mekanisme debonding dari sistem pengikat.

Sidambe dkk. menggunakan metode Taguchi untuk menentukan kombinasi parameter yang optimal seperti suhu sintering yang optimal, waktu, laju pemanasan dan atmosfer.

Nor dkk. menggunakan sistem pengikat palm stearin dan polietilen untuk menyiapkan bahan injeksi Ti-6Al-4V, dan menggunakan metode Taguchi untuk merumuskan proses produksi yang optimal, dan akhirnya diperoleh sampel dengan kekuatan luluh 934,4 MPa dan perpanjangan 10 persen. Sifat keseluruhan memenuhi persyaratan yang ditentukan dalam Paduan Titanium Medis ASTM B348-02.

Obasi dkk. menyiapkan spesimen Ti–6Al–4V dengan sifat yang memenuhi persyaratan ASTM B348–02 titanium alloy grade 23, dan mempelajari pengaruh perubahan sistem parameter proses dasar pada proses debinding dan sintering termal komponen MIM bubuk Ti–6Al–4V .

Limberg dkk. menyiapkan Ti–45Al–5Nb–0.2B–0.2C dengan mencampur bubuk unsur selama proses pencetakan injeksi, dan mempelajari efek waktu sintering dan atmosfer sintering pada sifat tarik dan struktur mikro, dan diperoleh sifat anti-resistensi. Sampel dengan kekuatan tarik sekitar 630 MPa.

Gua dkk. menyiapkan bahan titanium murni dan Ti–6Al–4V dengan teknologi cetakan injeksi, mempelajari efek proses perlakuan panas seperti pengepresan dan anil isostatik panas pada sifat bahan paduan, dan secara kualitatif mengkarakterisasi efek perlakuan panas melalui struktur mikro dan sifat mekanik pengujian. dan karakterisasi kuantitatif, struktur mikronya ditunjukkan pada Gambar 4.

Bahan injeksi disiapkan dengan mencampur bubuk titanium yang diatomisasi gas, bubuk titanium terhidrogenasi dan sistem pengikat berbasis lilin. Setelah pencetakan injeksi, pelarut dilepaskan dalam campuran heptana dan etanol, dan suhu dinaikkan menjadi 350, 420, Setelah ditahan pada 600 derajat , pengikat benar-benar dihilangkan, dan suhu sintering adalah 1230 derajat selama 3 jam. Akhirnya, sifat tarik sampel yang disinter adalah 389-419 MPa, dan perpanjangan adalah 2 persen -4 persen .

Anggota kelompok penelitian ini menggunakan bubuk titanium yang diatomisasi gas dan sistem pengikat yang larut dalam air untuk menyiapkan sampel titanium murni, dan mempelajari pengaruh suhu sintering dan waktu penahanan terhadap sifat sampel titanium murni. 3 Pa vakum, suhu sintering 1350 derajat , dan perpanjangan 20,3 persen setelah ditahan selama 3 jam, yang sepenuhnya sesuai dengan sampel kinerja metalurgi serbuk ASTM F2989-13 yang optimal, kepadatan relatif 96,9 persen, kekuatan tarik 443 MPa, biomedis Grade II standar titanium murni.

Gbr.4 Mikrostruktur sampel Ti (a) dan Ti-6Al-4V (b) yang dibuat dengan bahan baku berbahan dasar lilin

2 Bahan cetakan injeksi titanium dan titanium alloy baru

Titanium dan paduan titanium saat ini banyak digunakan dalam ortopedi, perangkat terkait stomatologi dan implan medis, tetapi karena perbedaan antara sifat mekanik dan sifat mekanik tulang manusia (modulus elastisitas sekitar 20 GPa), itu diproduksi di tulang. / antarmuka implan. Efek perlindungan stres, yang menghasilkan efek klinis jangka panjang mungkin sangat terganggu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Oleh karena itu, peneliti menyesuaikan sifat mekanik bahan titanium dengan mengubah struktur dan komposisi paduan bahan titanium agar lebih mendekati struktur dan sifat tulang alami manusia.

Gbr.5 Perbandingan modulus elastisitas paduan titanium biomedis

2.1 Bahan titanium berpori dan komposit titanium-keramik

Bahan titanium berpori dan bahan sistem paduan titanium baru memiliki struktur pori dan sifat mekanik yang sesuai, dan merupakan bahan implan yang ideal untuk penggantian ortopedi.

Di satu sisi, ini dapat secara efektif mengurangi ketidakcocokan stres antara implan dan jaringan tulang, sehingga mengurangi efek pelindung stres dan mewujudkan fungsi implan yang langgeng dan efektif; di sisi lain, struktur berpori adalah kondisi yang diperlukan untuk pertumbuhan sel-sel tulang ke dalam implan. Struktur berpori yang saling berhubungan dapat memungkinkan lewatnya sejumlah besar cairan tubuh, yang selanjutnya dapat mendorong pertumbuhan sel-sel tulang.

Gue dkk. membentuk jenis baru paduan TC4 dengan struktur pori terbuka dengan menambahkan TiH2 ke bubuk elemen titanium-aluminium-vanadium sebagai bahan pembusa dan bahan aktif. Distribusi ukuran pori seragam, ukuran pori 90~190 m, dan porositas sekitar 43 persen ~59 persen . , modulus elastisitas berkisar antara 5,8 hingga 9,5 GPa. Engin dkk. [35] menggunakan cetakan injeksi bubuk (PIM) yang dikombinasikan dengan teknologi agen pembentuk pori untuk menyiapkan paduan titanium berpori mikro, dan mempelajari pengaruh jumlah agen pembentuk pori polimetil metakrilat pada kepadatan dan ketahanan kompresi paduan. dan modulus elastisitas.

Tuncer dkk. menggunakan bubuk bulat yang diatomisasi, bubuk titanium HDH dan sistem pengikat berbasis lilin, dengan menambahkan sejumlah NaCl dan KCl sebagai agen pembentuk pori, untuk mempelajari pengaruh bubuk awal pada kinerja produk titanium berpori akhir, dan lebih lanjut dengan menyesuaikan agen pembentuk pori. Menurut dosis agen, bahan titanium berpori dengan porositas yang diperlukan dan ukuran pori implan medis dapat diperoleh, dan komposisi kimia bahan dapat memenuhi standar titanium murni tersier.

Chen dkk. menggunakan NaCl sebagai agen pembentuk pori yang dikombinasikan dengan injeksi berbasis lilin bubuk titanium terhidrogenasi untuk menyiapkan sampel cetakan injeksi. Dengan mengatur jumlah NaCl, lubang penghubung dapat dibentuk di dalam bagian injeksi, dan sifat mekaniknya mirip dengan tulang kanselus.

Barbosa dkk. pertama kali menggunakan bubuk Fe22Cr untuk menguji sifat reologi bahan injeksi dari sistem pengikat yang berbeda. Menurut hasil uji kinerja, sistem pengikat berbasis lilin yang sesuai dipilih, dan kemudian dikombinasikan dengan bubuk Ti dan zat pembentuk pori NaCl untuk pengepresan hangat dan pencetakan injeksi multi-komponen. , komponen implan tulang belakang dengan inti berpori luar yang padat dan gradien porositas disiapkan dengan degreasing dan sintering.

Gbr.6 Komponen cetakan injeksi titanium berpori menggunakan NaCl sebagai penahan ruang

Hidroksiapatit (HA) memiliki keunggulan unik dalam penggantian tulang dan rekonstruksi tulang karena komposisi kimia dan struktur kristalnya sebagai jaringan tulang alami manusia, dan telah mulai memainkan peran yang semakin penting dalam perangkat biomedis. .

Namun, HA rapuh dan memiliki sifat mekanik yang buruk, sehingga tidak dapat digunakan sebagai komponen penahan beban saja. Oleh karena itu, bahan biomedis jenis baru yang terdiri dari bahan HA dan titanium telah muncul.

Thian et al.] mempelajari preparasi komposit Ti6Al4V/HA dengan injection molding. Pertama, bubuk komposit Ti6Al4V/HA dibuat dengan metode presipitasi keramik, dan kemudian bubuk yang disiapkan dicampur dengan pengikat komersial PAN-250S untuk menyiapkan bahan injeksi. Sifat reologi bahan injeksi diuji, dan laju pemanasan selama proses debonding dipelajari. Pengaruh laju aliran gas atmosfir debonding dan atmosfir debonding terhadap cacat bagian debonded, jumlah pelepasan binder dan kandungan karbon sisa; pengaruh parameter proses sintering (laju pemanasan, suhu sintering, waktu penahanan, laju pendinginan, dll.) Porositas sampel yang diperoleh sekitar 50 persen ; Selain itu, proses degradasi biologis bahan Ti6Al4V/HA yang disiapkan dalam lingkungan cairan tubuh dianalisis dan dikarakterisasi dengan hasil uji sifat mekanik.

2.2 Bahan paduan titanium baru

Bidang biomedis adalah cabang penting dari penerapan bahan titanium, dan arah permintaan penerapannya secara langsung mempengaruhi tren pengembangan bahan titanium.

Bahan titanium awal terutama titanium murni ( fase), tetapi bahan titanium murni memiliki kekuatan rendah dan ketahanan aus yang buruk, dan kemudian mengembangkan kekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi ditambah tipe yang diwakili oleh paduan Ti6Al4V, Ti6Al7Nb dan Ti5Al2.5Fe.

Aust dkk. berhasil membuat bahan sekrup tulang dengan kinerja yang sangat baik menggunakan bubuk Ti6Al7Nb dan sistem pengikat berbasis lilin (parafin plus PE plus asam stearat), seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7, dengan kepadatan relatif 97,6 persen, kekuatan tarik 815 MPa, dan hasil kekuatan 714 MPa. Perpanjangan 8,7 persen.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa unsur paduan seperti Al dan V dalam paduan titanium-aluminium-vanadium yang banyak digunakan dan paduan titanium-aluminium-niobium akan melepaskan ion unsur Al dan V sitotoksik setelah implan masuk ke dalam tubuh manusia, yang menyebabkan kerusakan pada tubuh manusia. . .

Sebagai hasilnya, para peneliti telah melakukan serangkaian pengembangan sistem paduan -titanium generasi baru yang mengandung Nb, Ta, Zr, Mo, Sn dan elemen keamanan hayati lainnya tanpa elemen Al dan V.

Saat ini, paduan bio-titanium yang telah dikembangkan dan diteliti terutama meliputi Ti-15Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-35Nb-7 Zr-5Ta, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr dan Ti- 29Nb-13Ta-4.6Zr dkk [44]. Karena keterbatasan teknologi penggilingan dan aspek lainnya, sistem paduan ini jarang digunakan dalam proses pencetakan injeksi bubuk.

Zhao dkk. melakukan eksperimen pencetakan injeksi menggunakan bubuk titanium dan bubuk niobium, dan berhasil membuat paduan fase ganda TiNb dengan kerapatan relatif sekitar 95 persen . Melalui pengujian sifat mekanik benda hijau, bagian debonded dan bagian yang disinter, serta sintering dengan kandungan komposisi paduan yang berbeda. Pengaruh kandungan Nb pada struktur mikro dan sifat mekanik paduan dipelajari dengan membandingkan pengamatan dan perbandingan struktur mikro paduan.

Arockiasamy dkk. menyiapkan paduan Ti5Fe5Zr dengan menambahkan unsur Fe dan Zr ke dalam bubuk titanium murni HDH, dan mengukur sifat mekanik dari paduan tersebut. mekanisme.

Sekrup tulang Ti6Al7Nb disiapkan oleh MIM

3. Pandangan

Gravitasi spesifik yang rendah, kekuatan spesifik yang tinggi, biokompatibilitas yang sangat baik dan ketahanan oksidasi, dan ketahanan korosi yang baik dari titanium dan paduan titanium membuat mereka memiliki aplikasi yang bagus di aerospace, medis, kimia, otomotif dan barang konsumsi sehari-hari. Potensi pengembangan.

Dibandingkan dengan teknik pemrosesan tradisional, seperti penempaan, pengecoran dan permesinan, cetakan injeksi bubuk memiliki keunggulan yang jelas, komposisi paduan yang seragam, tingkat pemanfaatan bahan baku yang tinggi, dan kapasitas produksi yang kuat dari bagian kompleks skala besar, yang dapat sangat meningkatkan produksi titanium dan produk paduan titanium. dan aplikasi.

Meskipun beberapa kemajuan telah dibuat dalam penelitian cetakan injeksi titanium dan paduan titanium, dalam proses produksi industri yang sebenarnya, harga bahan baku bubuk berkualitas tinggi relatif tinggi, transformasi dan penerapan sistem paduan titanium berkualitas tinggi baru. untuk cetakan injeksi tidak cukup, dan sulit untuk mengontrol komposisi kimia produk. Serangkaian masalah, seperti yang lebih besar, masih harus diselesaikan.

Selain itu, dengan pesatnya perkembangan teknologi sistem mikro dalam beberapa tahun terakhir, permintaan komponen mikro kompleks yang digunakan dalam sistem mikro terus meningkat. Cetakan injeksi bubuk perlu dipindahkan dari jenis produk tradisional ke produk mikro dan dikembangkan menjadi injeksi mikro bubuk. membentuk teknologi.

Saat ini, sebagian besar teknologi cetakan injeksi mikro berfokus pada polimer, baja tahan karat, dan sistem material lainnya. Masih banyak masalah yang harus dipelajari dalam cetakan injeksi mikro titanium dan paduan titanium.

Oleh karena itu, pengembangan penelitian cetakan injeksi titanium dan paduan titanium harus fokus pada penelitian dan pengembangan sistem paduan titanium baru, pengembangan teknologi persiapan bubuk paduan titanium berkualitas tinggi yang murah, dan penelitian tentang cetakan injeksi mikro titanium. bahan yang cocok untuk perangkat mikro dan kompleks.

Dengan penelitian mendalam tentang teknologi cetakan injeksi titanium dan paduan titanium, diyakini bahwa teknologi cetakan injeksi titanium dan paduan titanium akan membuat kemajuan besar, dan kemudian mempromosikan perkembangan pesat industri titanium.

Proses Pengecoran Pasca

1. Perlakuan panas: anil, karbonisasi, tempering, pendinginan, normalisasi, temper permukaan

2. Peralatan pemrosesan: CNC, WEDM, mesin bubut, mesin penggilingan, mesin bor, penggiling, dll .;

3. Perawatan permukaan: penyemprotan bubuk, pelapisan krom, pengecatan, peledakan pasir, pelapisan nikel, galvanisasi, penghitaman, pemolesan, kebiruan, dll.

Cetakan dan Perlengkapan Inspeksi

1. Masa pakai cetakan: biasanya semi permanen. (kecuali busa yang hilang)

2. Waktu pengiriman cetakan: 10-25 hari, (sesuai dengan struktur produk dan ukuran produk).

3. Perkakas dan pemeliharaan cetakan: Zhongwei bertanggung jawab atas suku cadang presisi.

Kontrol kualitas

1. Kontrol kualitas: tingkat kerusakan kurang dari 0.1 persen .

2. Sampel dan uji coba akan diperiksa 100 persen selama produksi dan sebelum pengiriman, pemeriksaan sampel untuk produksi massal sesuai dengan standar ISDO atau persyaratan pelanggan

3. Peralatan pengujian: deteksi cacat, penganalisis spektrum, penganalisis gambar emas, mesin pengukur tiga koordinat, peralatan pengujian kekerasan, mesin uji tarik.