تجزیه و تحلیل نقص صفحه آلیاژ تیتانیوم پزشکی TC4ELI

چکیده: یک صفحه آلیاژ تیتانیوم پزشکی خاص TC4ELI در طول بازرسی با بزرگنمایی کم، دارای نقص‌های باند روشن نافذ است. انواع و علل نقص از طریق بررسی متالوگرافی، تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی، تجزیه و تحلیل طیف انرژی و تست سختی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که این نقص یک نقص جداسازی عنصر غنی از تیتانیوم + بین بافتی است که ناشی از اندازه ذرات ناهموار اسفنج تیتانیوم و توزیع ناهموار مخلوط آلیاژ میانی در طول فرآیند تولید شمش‌های آلیاژ تیتانیوم است. برای کاهش یا رفع این عیب با کنترل مواد اولیه و فرآیند ذوب توصیه می شود. کاستی.

آلیاژ تیتانیوم TC{0}ELI به دلیل زیست سازگاری خوب، مدول الاستیک کم، چگالی کم، خواص ضد خوردگی خوب، غیرسمی بودن، استحکام تسلیم بالا، عمر خستگی طولانی، انعطاف پذیری زیاد در اتاق، به یک ایمپلنت جراحی پزشکی تبدیل شده است. دما و شکل گیری آسان یک ماده ایده آل برای دستگاه های پزشکی [1-2]. صفحات آلیاژی تیتانیوم پزشکی TC4ELI عمدتاً در ترمیم جمجمه، پیوند استخوان و غیره استفاده می‌شوند که دارای الزامات بالاتری در استحکام، عمر خستگی، پلاستیسیته و غیره هستند. مواد برای مصارف پزشکی»، اگر جداسازی، اجزاء فلزی یا غیرفلزی و سایر عیوب متالورژیکی قابل مشاهده بصری در ساختار کم بزرگنمایی مواد آلیاژ تیتانیوم مورد استفاده در محصولات ایمپلنت یافت شود، دسته محصولات فاقد صلاحیت در نظر گرفته می شوند. تجلی ترکیب ریز منطقه ناهموار مواد آلیاژ تیتانیوم در ساختار است. صفحه پزشکی TC4ELI یک آلیاژ تیتانیوم دوفاز نوع + است. اگر ترکیب ریز ناحیه آن ناهموار باشد، باعث ایجاد ناهنجاری در ساختار کلان و ریز و منجر به ناهنجاری می شود. تفاوت قابل توجهی در سختی بین ناحیه معمولی و ناحیه معمولی وجود دارد که منجر به عملکرد کلی ناهموار مواد آلیاژ تیتانیوم می شود و در نتیجه استحکام مواد، عمر خستگی و انعطاف پذیری را کاهش می دهد و در نهایت منجر به شکست اولیه مواد می شود [{{ 13}}].

در طول مشاهده با بزرگنمایی کم یک صفحه آلیاژ تیتانیوم پزشکی خاص TC4ELI، یک ناحیه نواری شکل غیرعادی با عرض حدود 5 میلی متر پیدا شد. وقتی بخشی از آن رهگیری شد و با بزرگنمایی کم مشاهده شد، مشخص شد که ناحیه نواری شکل یک نوار روشن است. برای تشخیص دقیق نوع عیب، شناسایی عیب ضروری است. نویسنده به بررسی و تحلیل علل آن پرداخته است.

1 آزمایش فیزیکی و شیمیایی
1.1 بررسی متالوگرافی
از Observer استفاده کنید. میکروسکوپ متالوگرافی ZEISS نوع AIM برای انجام بررسی متالوگرافی ناحیه نوار روشن و ناحیه طبیعی صفحه آلیاژ تیتانیوم TC4ELI استفاده شد. همانطور که از شکل 2 مشاهده می شود، ناحیه باند روشن یک ساختار هم محور تک فاز است که ویژگی های ساختاری جداسازی را نشان می دهد، در حالی که ناحیه عادی در ساختار یک آلیاژ تیتانیوم معمولی TC4ELI است که در منطقه دو فاز + پردازش شده است. تمام مرزهای دانه اصلی کاملا شکسته شده اند، بنابراین می توان تعیین کرد که ناحیه باند روشن یک نقص جداسازی است.

1.2 تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی
میکروسکوپ الکترونی روبشی نشر میدان سرد JSMG6700 (SEM) برای تجزیه و تحلیل مورفولوژی ناحیه باند روشن و ناحیه نرمال صفحه آلیاژ تیتانیوم TC4ELI استفاده شد. همانطور که از شکل 3 مشاهده می شود، ساختار هم محور تک فاز در ناحیه باند روشن واضح تر است و ناحیه نرمال + ویژگی های ساختار پردازش شده ناحیه دو فاز با نتایج بررسی متالوگرافی مطابقت دارد. بیشتر مشخص می شود که ناحیه باند روشن یک نقص جداسازی است.

1.3 تجزیه و تحلیل طیف انرژی
طیف‌سنج انرژی (EDS) متصل به میکروسکوپ الکترونی روبشی برای انجام آنالیز ریز مولفه‌ها در ناحیه باند روشن و ناحیه نرمال صفحه آلیاژ تیتانیوم TC4ELI استفاده شد. نتایج تجزیه و تحلیل در جدول 1 نشان داده شده است. مشاهده می شود که محتوای وانادیوم در ناحیه نرمال کمی بیشتر از مقدار استاندارد است. علاوه بر این، محتویات سایر عناصر مطابق با الزامات GB/T 3620 است.{4}} "گریدهای تیتانیوم و آلیاژ تیتانیوم و ترکیبات شیمیایی"; محتوای تیتانیوم، آلومینیوم و وانادیوم در ناحیه باند روشن در محدوده استاندارد نیست و محتوای غنی از تیتانیوم آشکار است. ، از نظر آلومینیوم ضعیف و از نظر وانادیوم ضعیف است و محتوای عنصر اکسیژن حد بالایی محدوده استاندارد است، قضاوت می شود که صفحه آلیاژ تیتانیوم TC4ELI دارای نقص جداسازی غنی از تیتانیوم است.

1.4 تست سختی
جداسازی آلیاژهای تیتانیوم را می توان به جداسازی سخت (سختی قسمت جداسازی بالاتر از سختی ناحیه معمولی است که به عنوان جداسازی شکننده نیز شناخته می شود) و جداسازی نرم (سختی قسمت جداسازی کمتر از سختی) تقسیم می شود. منطقه نرمال) با توجه به تفاوت بین سختی قسمت جداسازی و ناحیه نرمال. همچنین به عنوان جداسازی غیر شکننده نیز شناخته می شود). تست سختی Micro-Vickers بر روی ناحیه نوار روشن و ناحیه نرمال صفحه آلیاژ تیتانیوم TC4ELI انجام شد. نتایج اندازه گیری شده به ترتیب 383HV و 327HV بود. مشاهده می شود که سختی ناحیه باند روشن به طور قابل توجهی بیشتر از ناحیه معمولی است. نوع تفکیک در ناحیه باند روشن، جداسازی شکننده است[11].
2 تجزیه و تحلیل و بحث
ناحیه باند روشن ورق آلیاژ تیتانیوم TC4ELI یک نقص جداسازی است. این عیب ناشی از آلیاژ ناقص ذرات آلیاژ میانی است. این یک جداسازی غنی از تیتانیوم است، اما جداسازی غنی از تیتانیوم رایج نیست زیرا سختی ناحیه جداسازی غنی از تیتانیوم باید کمتر از ناحیه معمولی باشد [12] و سختی ناحیه نقص جداسازی ( ناحیه باند روشن) ورق آلیاژ تیتانیوم TC4ELI بالاتر از ناحیه معمولی است که با ویژگی های جداسازی عناصر بینابینی مطابقت دارد. عناصر بینابینی به طور خاص به اکسیژن، کربن و نیتروژن اشاره دارند. عناصر. محتوای بالای اکسیژن در ناحیه نقص جداسازی این نتیجه را تأیید می کند. غنی سازی عناصر بینابینی دمای تبدیل فاز بتا آلیاژهای تیتانیوم را افزایش می دهد، سختی فاز آلفا را افزایش می دهد و مواد را شکننده می کند. به طور خلاصه، تیتانیوم TC4ELI نوع عیوب جداسازی در ورق های آلیاژی غنی از تیتانیوم + جداسازی عناصر بینابینی است.
علت این نقص جداسازی عمدتاً مربوط به فرآیند ذوب آلیاژ تیتانیوم است. نقص تفکیک قبلاً در تولید شمش شکل گرفته است. در حال حاضر، شرکت های تولید آلیاژ تیتانیوم چین به طور کلی روش ذوب سه پاسی ذوب خلاء مصرفی کوره قوس الکتریکی را اتخاذ می کنند که در طول فرآیند آماده سازی الکترود عمل می کند. استفاده نادرست به راحتی می تواند منجر به آلودگی فلزات یا تشکیل اکسیدها و نیتریدهای نسوز شود. انتخاب نادرست جریان و ولتاژ باعث می شود که منطقه ذوب در طی فرآیند ذوب تعادل حرارتی را به دست نیاورد و همچنین باعث تغییر در عمق حوضچه مذاب و در نتیجه اندازه ذرات ناهموار اسفنج تیتانیوم می شود. توزیع نابرابر مخلوط آلیاژ اصلی باعث غنی شدن و تخلیه عناصر آلیاژی در مناطق محلی ماده می شود و باعث انحراف نقطه تبدیل فاز در این ناحیه می شود. در طول فرآیند پردازش گرم بعدی، به تدریج به یک ساختار غیرعادی تبدیل می شود و نقص های جداسازی را تشکیل می دهد. [12G18].
3 نتیجه گیری و پیشنهادات
ورق های آلیاژ تیتانیوم TC4ELI دارای عیوب جداسازی عناصر غنی از تیتانیوم + بینابینی هستند. این نقص به دلیل اندازه ذرات ناهموار اسفنج تیتانیوم و توزیع ناهموار مخلوط آلیاژ میانی در طول فرآیند تولید شمش های آلیاژ تیتانیوم ایجاد می شود.
توصیه می شود با تقویت کنترل مواد اولیه و مخلوط ها و همچنین انتخاب ولتاژ و جریان در طی فرآیندهای آماده سازی و ذوب الکترود، این گونه عیوب را کاهش یا از بین ببرید.
منابع:
[1] یین دانگ فانگ، هوانگ ییفی. تحقیق در مورد زیست سازگاری آلیاژهای تیتانیوم پزشکی [J]. مجله تحقیقات پزشکی، 2008، 37(10):96G97.
[2] Li Jun، Wei Jianhua، Zhang Yumei، و غیره. ارزیابی زیست سازگاری آلیاژهای تیتانیوم پزشکی جدید [J]. مجله دندانپزشکی عملی، 2010، 26 (5): 636G640.
[3] Wang Weimin، Lin Shaohua، Cao Jimin، و غیره. تأثیر فناوری پردازش حرارتی بر ریزساختار میله های آلیاژی TC4 پزشکی [J] پیشرفت صنعت تیتانیوم، 2012، 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin، Lin Shaohua، Li Lei، و غیره. ترکیب، ساختار و خواص مکانیکی میله های آلیاژ Ti6Al4V (ELI) برای ایمپلنت های جراحی [J]. مجله چینی فلزات غیر آهنی، 2010، 20 (S1): 555G559.
[5] یو ژنتائو، یو سن، ژانگ مینگهوا، و همکاران. وضعیت فعلی و پیشرفت طراحی، توسعه و کاربرد مواد آلیاژی تیتانیوم پزشکی جدید برای ایمپلنت های جراحی [J]. چین مواد پیشرفت، 2010، 29 (12): 35G51.
[6] ما Xiqun، Yu Zhentao، Niu Jinlong، و همکاران. پیشرفت تحقیقات در مورد ساختار و خواص آلیاژهای جدید تیتانیوم زیست پزشکی [J]. مهندسی زیست پزشکی و کلینیک، 2013، 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei، Min Xiaohua، Tao Xiaojie، و غیره. کنترل ریزساختار و عملکرد انقباض ناخن U شکل میله های آلیاژ تیتانیوم پزشکی TC4 [J]. آزمایشات فیزیکی و شیمیایی (جلد فیزیک)، 2013، 49(2):117-118.
[8] لی رونگ، وی دونگ، زو لو، و همکاران. تجزیه و تحلیل شکست شکستگی صفحات استخوانی آلیاژ تیتانیوم TA3 برای کاشت جراحی [J]. تست فیزیکی و شیمیایی (فیزیک)، 2016، 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong، Fan Yajun، Wang Hai، و غیره. تحقیق در مورد خواص آلیاژ تیتانیوم TiG6AlG4VELI برای سیم نخاعی [J]. فناوری پردازش حرارتی، 2014، 43 (4): 98G 102.
[10] Li Hui، Qu Hennglei، Zhao Yongqing، و غیره. تحقیق در مورد ریزساختار و خواص مکانیکی ورق آلیاژ TiG6AlG4V ELI [J]. پیشرفت صنعت تیتانیوم، 2005، 22(6):24G27.
[11] ژانگ لی، شن لیانگ، لی رویون، و همکاران. تست سختی ویکرز میکروسکوپی منطقه بارش فاز غنی از تیتانیوم آلیاژ VG5CrG5Ti [J]. آزمایشات فیزیکی و شیمیایی (جلد فیزیک)، 2014، 50(9): 651G654.
[12] او چونیان، ژو جیان ون، ژو کانگپینگ. تجزیه و تحلیل عیوب جداسازی رایج در میله های آلیاژ تیتانیوم دو فاز [J]. آزمایشات فیزیکی و شیمیایی (فیزیک)، 2013، 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun، He Chunyan، Xue Xiangyi، و غیره. تجزیه و تحلیل نمونه ای از عیوب متالورژیکی آلیاژ تیتانیوم [J]. آزمایش فیزیکی و شیمیایی (جلد فیزیک)، 2013، 49(12): 819G822، 826.
[14] Cai Jianming، Zhang Wangfeng، Li Zhenxi، و غیره. ویژگی ها و کنترل نوارهای روشن و تیره بر روی تیغه های آلیاژ تیتانیوم TC11 [J]. مهندسی مواد، 2005، 33 (1): 16G19.
[15] لیو جون، تانگ گوانگپینگ، یانگ گوئیژو. تجزیه و تحلیل عیوب رگه های روشن در میله های آلیاژ تیتانیوم TC4 [J]. آزمایشات فیزیکی و شیمیایی (فیزیک)، 2011، 47(10): 646G 648.
[16] وو جونفنگ. تجزیه و تحلیل علل ترک خوردگی میله آلیاژ تیتانیوم TC11 [J]. آزمایشات فیزیکی و شیمیایی (جلد فیزیک)، 2012، 48(5): 331-333.
[17] ژو مینگده، شن یینو. تجزیه و تحلیل شکست شکستگی پیچ و مهره های آلیاژ تیتانیوم با استحکام بالا [J]. آزمایشات فیزیکی و شیمیایی (جلد فیزیک)، 2008، 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli، Qi Fengjun، Mu Ying، و همکاران. تجزیه و تحلیل علل شکستن سیم نیکل تیتانیوم [J]. تست فیزیکی و شیمیایی (جلد فیزیک)، 2018، 54(11):829G832.