Lääketieteellisen TC4ELI-titaaniseoslevyn vikaanalyysi

Tiivistelmä: Tietyssä lääketieteellisessä TC4ELI-titaaniseoslevyssä havaittiin läpitunkevia kirkkaita nauhavikoja pienen suurennoksen tarkastuksessa. Vikojen tyyppejä ja syitä analysoitiin metallografisella tutkimuksella, pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, energiaspektrianalyysillä ja kovuustestauksella. Tulokset Se osoittaa, että tämä vika on runsaasti titaania sisältävä + interstitiaalinen elementtierotteluvirhe, joka johtuu titaanisienen epätasaisesta hiukkaskoosta ja välimetalliseoksen epätasaisesta jakautumisesta titaaniseosharkkojen tuotantoprosessin aikana. Tätä vikaa suositellaan vähentämään tai poistamaan valvomalla raaka-aineita ja sulatusprosessia. vika.

TC４ELI-titaaniseoksesta on tullut lääketieteellinen kirurginen implantti hyvän biologisen yhteensopivuuden, alhaisen kimmomoduulin, alhaisen tiheyden, hyvien korroosionesto-ominaisuuksien, myrkyttömyys, korkea myötölujuus, pitkä väsymisikä, suuri plastisuus huoneessa. lämpötila ja helppo muodostaa. Ihanteellinen materiaali lääketieteellisille laitteille [1-2]. Lääketieteellisiä TC4ELI-titaaniseoslevyjä käytetään pääasiassa kallon korjaamiseen, luunsiirtoon jne., joilla on korkeammat lujuuden, väsymisiän, plastisuuden jne. vaatimukset. GB/T 13810-2017«kirurginen istutus Titaanin ja titaaniseoksen käsittely lääketieteelliseen käyttöön tarkoitetut materiaalit», jos implanttituotteissa käytettävien titaaniseosmateriaalien vähäsuurennetusta rakenteesta löytyy erottelua, metallisia tai ei-metallisia sulkeumia ja muita visuaalisesti näkyviä metallurgisia vikoja, tuote-erä katsotaan pätemättömäksi. on osoitus titaaniseosmateriaalien epätasaisesta mikroaluekoostumuksesta rakenteessa. Medical TC4ELI -levy on +-tyyppinen kaksifaasinen titaaniseos. Jos sen mikroaluekoostumus on epätasainen, se aiheuttaa poikkeavuuksia makro- ja mikrorakenteessa, mikä johtaa poikkeavuuksiin. Normaalin alueen ja normaalialueen välillä on merkittävä ero, mikä johtaa titaaniseosmateriaalin epätasaiseen kokonaissuorituskykyyn, mikä vähentää materiaalin lujuutta, väsymisikää ja plastisuutta ja johtaa viime kädessä materiaalin varhaiseen rikkoutumiseen [{{ 13}}].

Tietyn lääketieteellisen TC4ELI-titaaniseoslevyn matalan suurennoksen havainnoinnin aikana havaittiin epänormaali nauhamainen alue, jonka leveys oli noin 5 mm. Kun osa siitä siepattiin ja tarkkailtiin pienellä suurennuksella, havaittiin, että nauhan muotoinen alue oli kirkas nauha. Vian tyypin määrittämiseksi tarkasti on tarpeen tunnistaa vika. Kirjoittaja on tutkinut ja analysoinut syitä.

1 Fysikaaliset ja kemialliset testaukset
1.1 Metallografinen tutkimus
Käytä Observeria. AIM-tyyppistä ZEISS-metallografista mikroskooppia käytettiin TC4ELI-titaaniseoslevyn kirkkaan kaistan alueen ja normaalin alueen metallografiseen tutkimukseen. Kuten kuvasta 2 voidaan nähdä, kirkas kaista-alue on yksivaiheinen tasaakselinen rakenne, jossa on erottumisen kaltaisia ​​rakenteellisia ominaisuuksia, kun taas normaali alue on tyypillisen TC4ELI-titaaniseoksen rakenteessa, joka on käsitelty + kaksivaiheisella alueella, kaikki alkuperäiset raeraajat ovat täysin rikki, joten voidaan todeta, että kirkas vyöhyke on erotteluvika.

1.2 Pyyhkäisyelektronimikroskooppianalyysi
JSMG6700 kylmäkentän emissiopyyhkäisyelektronimikroskooppia (SEM) käytettiin analysoimaan TC4ELI-titaaniseoslevyn kirkkaan vyöhykkeen alueen ja normaalialueen morfologiaa. Kuten kuvasta 3 voidaan nähdä, yksivaiheinen tasaakselinen rakenne kirkkaan kaistan alueella on selkeämpi ja normaalialueella näkyy + Kaksivaiheisen alueen käsitellyn rakenteen ominaisuudet ovat yhdenmukaisia ​​metallografisen tutkimuksen tulosten kanssa, ja lisäksi määritetään, että kirkas vyöhykealue on erotteluvika.

1.3 Energiaspektrianalyysi
Pyyhkäisyelektronimikroskooppiin kiinnitettyä energiaspektrometriä (EDS) käytettiin mikrokomponenttianalyysin suorittamiseen TC4ELI-titaaniseoslevyn kirkkaan kaistan alueella ja normaalialueella. Analyysitulokset on esitetty taulukossa 1. Voidaan nähdä, että vanadiinipitoisuus normaalialueella on hieman standardiarvoa korkeampi. Lisäksi muiden alkuaineiden sisällöt ovat GB/T 3620:n vaatimusten mukaisia.1-2016 "Titaanin ja titaaniseoslaadut ja kemialliset koostumukset"; titaani-, alumiini- ja vanadiinipitoisuudet kirkkaalla vyöhykkeellä eivät ole standardialueella, ja titaanipitoisuudet ovat ilmeiset. , jossa on vähän alumiinia ja vähän vanadiinia, ja happielementtipitoisuus on standardialueen yläraja, TC4ELI-titaaniseoslevyssä katsotaan olevan titaanipitoisia erotteluvirheitä.

1.4 Kovuustesti
Titaaniseosten erottelu voidaan jakaa kovaan segregaatioon (erotusosan kovuus on korkeampi kuin normaalivyöhykkeen kovuus, joka tunnetaan myös nimellä hauras segregaatio) ja pehmeään segregaatioon (erotusosan kovuus on pienempi kuin erotusosan kovuus). normaalivyöhyke) erotusosan ja normaalivyöhykkeen kovuuden välisen eron mukaan. Tunnetaan myös nimellä ei-hauras segregaatio). Micro-Vickers-kovuustestit suoritettiin TC4ELI-titaaniseoslevyn kirkkaalla vyöhykkeellä ja normaalialueella. Mittaustulokset olivat 383HV ja 327HV. Voidaan nähdä, että kirkkaan vyöhykkeen alueen kovuus on huomattavasti korkeampi kuin normaalialueen. Erottelutyyppi kirkkaan vyöhykkeen alueella on hauras segregaatio[11].
2 Analyysi ja keskustelu
TC4ELI-titaaniseoslevyn kirkas nauha-alue on erotteluvirhe. Tämä vika johtuu välimetalliseoshiukkasten epätäydellisestä lejeeringistä. Se on runsaasti titaania sisältävä segregaatio, mutta se ei ole yleinen titaanirikas segregaatio, koska titaanirikkaan erottelualueen kovuuden tulisi olla Se on pienempi kuin normaalialue [12] ja erotteluvirhealueen kovuus ( TC4ELI-titaaniseoslevyn kirkas kaista-alue) on korkeampi kuin normaalilla alueella, mikä on yhdenmukainen välielementtien erottelun ominaisuuksien kanssa. Interstitiaaliset elementit viittaavat erityisesti happeen, hiileen ja typpeen. elementtejä. Korkea happipitoisuus erotusvika-alueella vahvistaa tämän tuloksen. Interstitiaalisten elementtien rikastaminen lisää titaaniseosten beetafaasimuunnoslämpötilaa, lisää alfafaasin kovuutta ja tekee materiaalista hauraan. Yhteenvetona voidaan todeta, että TC4ELI-titaani Lejeerinkilevyjen erotteluvirheiden tyyppi on titaanirikas + interstitiaalinen elementtien erottelu.
Tämän erotteluvirheen syy liittyy pääasiassa titaaniseoksen sulatusprosessiin. Segregaatiovika on jo muodostunut harkkojen valmistuksessa. Tällä hetkellä Kiinan titaaniseosten tuotantoyritykset ottavat yleensä käyttöön kolmivaiheisen tyhjiösulatuksen kuluvan sähkökaariuunin sulatusmenetelmän, jota käytetään elektrodin valmistusprosessin aikana. Väärä käyttö voi helposti johtaa metallikontaminaatioon tai tulenkestävien oksidien ja nitridien muodostumiseen. Virran ja jännitteen virheellinen valinta aiheuttaa sen, että sulamisvyöhyke ei saavuta lämpötasapainoa sulamisprosessin aikana ja aiheuttaa myös muutoksia sulan altaan syvyydessä, mikä johtaa titaanisienen epätasaiseen hiukkaskokoon. Pääseosseoksen epätasainen jakautuminen aiheuttaa metalliseoselementtien rikastumista ja ehtymistä materiaalin paikallisilla alueilla, mikä aiheuttaa faasimuutospisteen poikkeamisen tällä alueella. Seuraavan kuumakäsittelyprosessin aikana se kehittyy vähitellen epänormaaliksi rakenteeksi ja muodostaa erotteluvirheitä. [12G18].
3 Johtopäätökset ja ehdotukset
TC4ELI-titaaniseoslevyissä on runsaasti titaania + interstitiaalisen elementin erotteluvirheitä. Tämä vika johtuu titaanisienen epätasaisesta hiukkaskoosta ja välimetalliseoksen epätasaisesta jakautumisesta titaaniseosharkkojen tuotantoprosessin aikana.
Tällaisia ​​vikoja suositellaan vähentämään tai poistamaan tehostamalla raaka-aineiden ja seosten valvontaa sekä jännitteen ja virran valintaa elektrodien valmistuksen ja sulatuksen aikana.
viittaukset:
[1] Yin Dongfang, Huang Yifei. Lääketieteellisten titaaniseosten bioyhteensopivuuden tutkimus[J]. Journal of Medical Research, 2008, 37(10):96G97.
[2] Li Jun, Wei Jianhua, Zhang Yumei jne. Uusien lääketieteellisten titaaniseosten bioyhteensopivuuden arviointi [J]. Journal of Practical Stomatology, 2010, 26(5): 636G640.
[3] Wang Weimin, Lin Shaohua, Cao Jimin jne. Lämpökäsittelytekniikan vaikutus lääketieteellisten TC4-metalliseostankojen mikrorakenteeseen [J]. Titanium Industry Progress, 2012, 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin, Lin Shaohua, Li Lei jne. Ti6Al4V (ELI) -seostangojen koostumus, rakenne ja mekaaniset ominaisuudet kirurgisiin implantteihin [J]. Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(S1): 555G559.
[5] Yu Zhentao, Yu Sen, Zhang Minghua et ai. Kirurgisiin implantteihin tarkoitettujen uusien lääketieteellisten titaaniseosmateriaalien suunnittelun, kehittämisen ja soveltamisen nykytila ​​ja edistyminen [J]. China Materials Progress, 2010, 29(12):35G51.
[6] Ma Xiqun, Yu Zhentao, Niu Jinlong et ai. Uusien biolääketieteellisten titaaniseosten rakenteen ja ominaisuuksien tutkimuksen edistyminen[J]. Biomedical Engineering and Clinic, 2013, 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei, Min Xiaohua, Tao Xiaojie jne. Lääketieteellisten TC4-titaaniseostankojen mikrorakenteen hallinta ja U-muotoinen kynnen kutistuvuus [J]. Physical and Chemical Testing (Physics Volume), 2013, 49(2):117-118.
[8] Li Rong, Wei Dong, Xu Lu et ai. TA3-titaaniseoksesta valmistettujen luulevyjen murtumavaurioanalyysi kirurgista implantaatiota varten [J]. Fysikaalinen ja kemiallinen testaus (Physics), 2016, 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong, Fan Yajun, Wang Hai jne. Selkärangan ylälangan TiG6AlG4VELI-titaaniseoksen ominaisuuksien tutkimus[J]. Thermal Processing Technology, 2014, 43(4):98G 102.
[10] Li Hui, Qu Hennglei, Zhao Yongqing jne. TiG6AlG4V ELI-lejeeringin [J] mikrorakenteen ja mekaanisten ominaisuuksien tutkimus. Titanium Industry Progress, 2005, 22(6):24G27.
[11] Zhang Li, Shen Liang, Li Ruiwen et ai. Mikroskooppinen Vickers-kovuustesti VG5CrG5Ti-lejeeringin titaanipitoisen faasisaostusvyöhykkeen [J]. Fysikaalinen ja kemiallinen testaus (Physics Volume), 2014, 50(9): 651G654.
[12] Hän Chunyan, Zhu Jianwen, Zhu Kangping. Yleisten erotteluvirheiden analyysi - kaksifaasisissa titaaniseostangoissa[J]. Fysikaalinen ja kemiallinen testaus (fysiikka), 2013, 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun, He Chunyan, Xue Xiangyi jne. Esimerkkianalyysi titaaniseoksen metallurgisista vioista[J]. Fysikaalinen ja kemiallinen testaus (Physics Volume), 2013, 49(12): 819G822, 826.
[14] Cai Jianming, Zhang Wangfeng, Li Zhenxi jne. TC11-titaaniseoksesta valmistettujen terien kirkkaiden ja tummien juovien ominaisuudet ja hallinta [J]. Materials Engineering, 2005, 33(1): 16G19.
[15] Liu Jun, Tang Guangping, Yang Guizhu. TC4-titaaniseostankojen kirkkaiden juovien vikojen analyysi [J]. Fysikaaliset ja kemialliset testaukset (Physics), 2011, 47(10): 646G 648.
[16] Wu Junfeng. Analyysi TC11-titaaniseostangon halkeilun syistä[J]. Physical and Chemical Testing (Physics Volume), 2012, 48(5): 331-333.
[17] Zhu Mingde, Shen Yinuo. Erittäin lujien titaaniseospulttien murtumisvaurioiden analyysi [J]. Physical and Chemical Testing (Physics Volume), 2008, 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli, Qi Fengjun, Mu Ying, et ai. Nikkeli-titaanilangan katkeamisen syiden analyysi[J]. Fysikaalinen ja kemiallinen testaus (Physics Volume), 2018, 54(11):829G832.