低成本真空定制植入物制造装置及曲梁模态特性研究
低成本真空铸造装置用于定制植入物制造
在生物医学领域,Ti6Al4V钛合金凭借其高机械性能、出色的耐腐蚀性和生物相容性,成为应用最为广泛的材料。不过,钛合金也存在热反应性高、热导率低以及可加工性差等问题。而且,相较于铝合金和钢材等现有材料,钛合金及其制品的成本较高,这其中既包括原材料成本,也涵盖了因钛的反应性而需要在受控环境下进行加工的成本。因此,降低钛合金的成本成为当前研究的一个重要方向。
在实际进行实验装置搭建之前,研究人员对用于浇注熔融金属的锆砂模具性能进行了多方面研究,以确保整个过程具有较高的成本效益。锆砂之所以被选为主要的造型材料,是因为它是常见的耐火性极佳的铸造砂。锆砂的熔点高达2700K,具有良好的流动性、较高的热导率以及比石墨更好的尺寸稳定性。多年来,锆砂模具在黑色和有色金属铸造厂中得到应用,在生产厚壁优质铸件方面取得了不错的效果。
不同的研究者对锆砂模具与钛合金的相互作用进行了研究。Malone等人曾指出,熔融钛会与锆发生剧烈反应,但后来Lang等人的研究发现,使用硅酸钠作为粘结剂的锆砂捣实模具能够承受熔融钛的侵蚀。不过,用这种模具铸造厚度为12mm及以上的铸件时,会出现针孔和细节不佳的问题。Koch等人通过减少硅酸钠的使用量,在铸造最大尺寸为100mm立方体的铸件时取得了很好的效果。他们还尝试了多种模具涂料,发现以水或异丙醇为基料的氧化锆涂料能有效抑制金属与模具之间的反应。此外,膨润土作为粘结剂在锆砂捣实模具中使用时,能使砂粒成型良好并具有较高的干强度,在铸造150mm立方体尺寸的铸件时也有不错的表现。在最近的研究中,DMRL采用锆砂与CO₂造型法来铸造钛合金,其中硅酸钠作为粘结剂,通过CO₂气体硬化,反应过程中
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