[發(fā)明專利]一種3D打印生物醫(yī)用金屬鉭的高強(qiáng)高韌后處理方法及金屬鉭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110752561.7
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113427022B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周立波;孫金山;陳薦;牛焱;何建軍;李聰;李微
• 申請（專利權(quán)）人: 長沙理工大學(xué)
• 主分類號: B22F10/64
• 分類號: B22F10/64;B33Y40/20;C22F1/18;C22F1/02;B22F10/28;B33Y10/00;B33Y80/00;B33Y40/10;B22F1/142;B33Y70/00
• 代理公司: 南京禹為知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 康偉

本發(fā)明公開了一種3D打印生物醫(yī)用金屬鉭的高強(qiáng)高韌后處理方法及金屬鉭，高強(qiáng)高韌后處理方法包括，將經(jīng)3D打印的金屬鉭置于氬氣氛圍中，升溫至第一閾值溫度；隨爐冷卻至第二閾值溫度；隨爐冷卻至第三閾值溫度；迅速冷卻至室溫；其中，第一閾值溫度、第二閾值溫度、第三閾值溫度之間呈等差數(shù)列。本發(fā)明可以有效的實(shí)現(xiàn)3D打印金屬鉭柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，同時通過位錯的規(guī)則排列以及堆積形成亞晶界而保持3D打印金屬鉭的細(xì)小晶粒，實(shí)現(xiàn)保持3D打印金屬鉭的高強(qiáng)度，同時可以顯著提升3D打印金屬鉭的延伸率，經(jīng)后處理的金屬鉭拉伸強(qiáng)度大于750MPa，屈服強(qiáng)度大于650MPa，延伸率大于12％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D打印后處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種3D打印生物醫(yī)用金屬鉭的高強(qiáng)高韌后處理方法及金屬鉭。

背景技術(shù)

金屬鉭是目前生物醫(yī)用領(lǐng)域公認(rèn)生物相容性最佳的金屬元素，具有誘導(dǎo)骨生長的功能。但是金屬鉭具有超高的熔點(diǎn)(2996℃)以及極強(qiáng)的氧親和力，導(dǎo)致采用傳統(tǒng)加工方案進(jìn)行加工成形過程困難。3D打印技術(shù)的興起有效的解決了難熔金屬成形困難的難題，其高能激光束中心溫度超過3000℃。因此采用3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高熔點(diǎn)金屬鉭的有效成形。

然而3D打印技術(shù)成形金屬鉭存在的一個技術(shù)瓶頸是如何有效的調(diào)控成形金屬鉭工件的微觀組織，因?yàn)?D打印過程具有極高的冷卻速率以及非平衡凝固特征。而微觀組織會直接影響金屬鉭成形工件的物理和化學(xué)性能，因此如何調(diào)控3D打印成形金屬鉭工件的微觀組織一直研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。同時，在3D打印成形金屬鉭工件中極易形成柱狀晶，這種晶體形狀容易造成各向異性。相比于柱狀晶，等軸晶會帶來更高的力學(xué)性能同時也可以有效的避免各向異性的形成。并且，由于3D打印的高冷卻速率和非平衡凝固特征，所制備的金屬鉭工件往往在具有高強(qiáng)度但是延伸率普遍較低，嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

因此，如何有效的調(diào)控3D打印金屬鉭工件的微觀組織，獲得細(xì)小的等軸晶組織結(jié)構(gòu)具有重要意義，然而目前尚未有相關(guān)研究報道，尤其是針對3D打印高生物相容性高熔點(diǎn)金屬鉭的微觀組織調(diào)控。

發(fā)明內(nèi)容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述和/或現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提出了本發(fā)明。

本發(fā)明提供一種3D打印生物醫(yī)用金屬鉭高強(qiáng)度高韌性的處理方法，通過該后處理方法可以有效的實(shí)現(xiàn)3D打印金屬鉭柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變，同時通過位錯的規(guī)則排列以及堆積形成亞晶界而保持3D打印金屬鉭的細(xì)小晶粒，實(shí)現(xiàn)保持3D打印金屬鉭的高強(qiáng)度，同時可以顯著提升3D打印金屬鉭的延伸率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種3D打印生物醫(yī)用金屬鉭的高強(qiáng)高韌后處理方法，包括，將經(jīng)3D打印的金屬鉭置于氬氣氛圍中，升溫至第一閾值溫度；隨爐冷卻至第二閾值溫度；隨爐冷卻至第三閾值溫度；迅速冷卻至室溫；

其中，第一閾值溫度、第二閾值溫度、第三閾值溫度之間呈等差數(shù)列。

作為本發(fā)明3D打印生物醫(yī)用金屬鉭的高強(qiáng)高韌后處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述第一閾值溫度為1800℃，所述第二閾值溫度為1600℃，所述第三閾值溫度為1400℃。

作為本發(fā)明3D打印生物醫(yī)用金屬鉭的高強(qiáng)高韌后處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述升溫至第一閾值溫度，升溫速率為20℃/s。

作為本發(fā)明3D打印生物醫(yī)用金屬鉭的高強(qiáng)高韌后處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：還包括保溫步驟，所述升溫至第一閾值溫度、所述隨爐冷卻至第二閾值溫度、所述隨爐冷卻至第三閾值溫度之后均進(jìn)行保溫步驟，所述保溫時間為1～2h。

作為本發(fā)明3D打印生物醫(yī)用金屬鉭的高強(qiáng)高韌后處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述經(jīng)3D打印的金屬鉭，將原料粉末置于選區(qū)激光熔化設(shè)備中進(jìn)行3D打印成形。