ניתוח פגמים של לוחית סגסוגת טיטניום רפואית TC4ELI

תקציר: לוחית סגסוגת טיטניום רפואית מסוג TC4ELI נמצאה כבעלת פגמים חודרים של פס בהיר במהלך בדיקה בהגדלה נמוכה. הסוגים והגורמים לליקויים נותחו באמצעות בדיקה מטלוגרפית, ניתוח מיקרוסקופ אלקטרוני סורק, ניתוח ספקטרום אנרגיה ובדיקת קשיות. תוצאות זה מראה שפגם זה הוא פגם בהפרדת אלמנטים ביניים עשירים בטיטניום, אשר נגרם על ידי גודל החלקיקים הלא אחיד של ספוג טיטניום והפיזור הלא אחיד של תערובת סגסוגת הביניים במהלך תהליך הייצור של מטילי סגסוגת טיטניום. מומלץ להפחית או לבטל פגם זה על ידי בקרה על חומרי הגלם ותהליך ההתכה. פְּגָם.

TC４סגסוגת טיטניום ELI הפכה לשתל כירורגי רפואי בשל התאימות הביולוגית הטובה שלו, מודול אלסטי נמוך, צפיפות נמוכה, תכונות טובות נגד קורוזיה, חוסר רעילות, חוזק תפוקה גבוה, חיי עייפות ארוכים, פלסטיות גדולה בחדר טמפרטורה, ויצירה קלה. חומר אידיאלי עבור מכשירים רפואיים [1-2]. לוחות סגסוגת טיטניום רפואיים TC4ELI משמשים בעיקר בתיקון גולגולת, השתלת עצם וכו', שיש להם דרישות גבוהות יותר לגבי חוזק, חיי עייפות, פלסטיות וכו'. לפי GB/T 13810-2017«עיבוד השתלה כירורגית טיטניום וסגסוגת טיטניום חומרים לשימוש רפואי», אם נמצאו הפרדה, תכלילים מתכתיים או לא מתכתיים ופגמים מתכתיים אחרים הנראים לעין במבנה בעל הגדלה נמוכה של חומרי סגסוגת טיטניום המשמשים במוצרי שתלים, אצווה המוצרים תיבחן כלא כשירה. הפרדה הוא הביטוי של הרכב מיקרו אזורי לא אחיד של חומרים מסגסוגת טיטניום במבנה. צלחת TC4ELI רפואית היא סגסוגת טיטניום דו פאזית מסוג +. אם הרכב המיקרו-אזור שלו לא אחיד, זה יגרום לחריגות במאקרו ובמיקרו, מה שיוביל לחריגות. יש הבדל משמעותי בקשיות בין האזור הרגיל לאזור הרגיל, מה שיוביל לביצועים כלליים לא אחידים של חומר סגסוגת הטיטניום, ובכך יפחית את חוזק החומר, חיי העייפות והפלסטיות, ובסופו של דבר יוביל לכשל חומר מוקדם [{{ 13}}].

במהלך תצפית בהגדלה נמוכה של לוח סגסוגת טיטניום רפואית TC4ELI, נמצא אזור בצורת פס לא תקין ברוחב של כ-5 מ"מ. כאשר חלק ממנו יורט ונצפה בהגדלה נמוכה, נמצא שהאזור בצורת הרצועה הוא רצועה בהירה. על מנת לקבוע במדויק את סוג הפגם, יש צורך בזיהוי הפגם. המחבר בחן וניתח את הסיבות.

1 בדיקה פיזיקלית וכימית
1.1 בדיקה מטאלוגרפית
השתמש ב-Observer. המיקרוסקופ המטאלוגרפי מסוג AIM של ZEISS שימש לבדיקה מטאלוגרפית של אזור הרצועה הבהירה והשטח הרגיל של לוח סגסוגת טיטניום TC4ELI. כפי שניתן לראות מאיור 2, אזור הרצועה הבהירה הוא מבנה חד-פאזי שווה-צירים, המראה מאפיינים מבניים דמויי הפרדה, בעוד שהאזור הרגיל הוא במבנה של סגסוגת טיטניום טיפוסית TC4ELI המעובדת באזור + דו-פאזי, כל גבולות התבואה המקוריים שבורים לחלוטין, כך שניתן לקבוע שאזור הרצועה הבהירה הוא פגם הפרדה.

1.2 ניתוח מיקרוסקופ אלקטרוני סורק
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק פליטת שדה קר JSMG6700 (SEM) שימש לניתוח המורפולוגיה של אזור הרצועה הבהירה והאזור הנורמלי של לוח סגסוגת טיטניום TC4ELI. כפי שניתן לראות מאיור 3, המבנה השווה-פאזי החד-פאזי באזור הרצועה הבהירה ברור יותר, והאזור הרגיל מציג + המאפיינים של המבנה המעובד של האזור הדו-פאזי תואמים את תוצאות הבדיקה המטאלוגרפית, ו עוד נקבע שאזור הרצועה הבהירה הוא פגם הפרדה.

1.3 ניתוח ספקטרום אנרגיה
ספקטרומטר האנרגיה (EDS) המחובר למיקרוסקופ האלקטרונים הסורק שימש לביצוע ניתוח מיקרו-רכיבים על אזור הרצועה הבהירה והאזור הרגיל של לוח סגסוגת טיטניום TC4ELI. תוצאות הניתוח מוצגות בטבלה 1. ניתן לראות שתכולת הונדיום באזור הרגיל מעט גבוהה מהערך הסטנדרטי. בנוסף, התוכן של אלמנטים אחרים עומד בדרישות של GB/T 3620.1-2016 "טיטניום וסגסוגת טיטניום ציונים והרכבים כימיים"; תכולת הטיטניום, האלומיניום והונדיום באזור הרצועה הבהירה אינה בטווח הסטנדרטי, ויש תוכן ברור שעשיר בטיטניום. , דל באלומיניום ודל בונדיום, ותכולת יסוד החמצן היא הגבול העליון של הטווח הסטנדרטי, ההערכה היא שלצלחת סגסוגת טיטניום TC4ELI יש פגמי הפרדה עשירים בטיטניום.

1.4 בדיקת קשיות
ניתן לחלק את ההפרדה של סגסוגות טיטניום להפרדה קשה (הקשיות של חלק ההפרדה גבוהה מהקשיות של האזור הרגיל, המכונה גם הפרדה שבירה) והפרדה רכה (הקשיות של חלק ההפרדה נמוכה מהקשיות של האזור הרגיל) לפי ההבדל בין קשיות חלק ההפרדה לאזור הרגיל. ידוע גם בשם הפרדה לא שבירה). בדיקות קשיות Micro-Vickers נערכו על אזור הרצועה הבהירה והאזור הרגיל של צלחת סגסוגת טיטניום TC4ELI. התוצאות שנמדדו היו 383HV ו-327HV בהתאמה. ניתן לראות שהקשיות של אזור הרצועה הבהירה גבוהה משמעותית מזו של האזור הרגיל. סוג ההפרדה באזור הרצועה הבהירה הוא הפרדה שבירה[11].
2 ניתוח ודיון
אזור הרצועה הבהיר של יריעת סגסוגת טיטניום TC4ELI הוא פגם הפרדה. פגם זה נגרם על ידי סגסוג לא שלם של חלקיקי סגסוגת הביניים. זוהי הפרדה עשירה בטיטניום, אך היא אינה הפרדה שכיחה עשירה בטיטניום מכיוון שהקשיות של אזור ההפרדה העשיר בטיטניום צריכה להיות. היא נמוכה מהאזור הרגיל [12], והקשיות של אזור פגם ההפרדה ( אזור הרצועה הבהירה) של יריעת סגסוגת טיטניום TC4ELI גבוה יותר מזה של השטח הרגיל, מה שעולה בקנה אחד עם המאפיינים של הפרדה של יסודות ביניים. יסודות ביניים מתייחסים ספציפית לחמצן, פחמן וחנקן. אלמנטים. התכולה הגבוהה של חמצן באזור פגם ההפרדה מאמתת תוצאה זו. העשרה של יסודות ביניים תגביר את טמפרטורת הטרנספורמציה של שלב הבטא של סגסוגות טיטניום, תגדיל את קשיות שלב האלפא ותהפוך את החומר לשביר. לסיכום, טיטניום TC4ELI סוג פגמי ההפרדה ביריעות סגסוגת הוא הפרדה עשירה בטיטניום + אלמנטים ביניים.
הגורם לפגם ההפרדה הזה קשור בעיקר לתהליך ההיתוך של סגסוגת טיטניום. פגם ההפרדה כבר נוצר בייצור מטיל. נכון לעכשיו, מפעלי ייצור סגסוגת טיטניום בסין מאמצים בדרך כלל את שיטת ההתכה של תנור קשת חשמלי מתכלה בוואקום תלת-מעבר, המופעלת במהלך תהליך הכנת האלקטרודות. שימוש לא נכון עלול להוביל בקלות לזיהום מתכת או להיווצרות של תחמוצות וניטרידים עקשן. בחירה לא נכונה של זרם ומתח תגרום לאזור ההיתוך לא להגיע לאיזון תרמי במהלך תהליך ההיתוך, וכן תגרום לשינויים בעומק הבריכה המותכת, וכתוצאה מכך גודל חלקיקים לא אחיד של ספוג טיטניום. הפיזור הלא אחיד של תערובת הסגסוגת הראשית יגרום להעשרה ולדלדול של יסודות סגסוגת באזורים מקומיים של החומר, מה שיגרום לסטייה של נקודת הטרנספורמציה של הפאזה באזור זה. במהלך תהליך העיבוד החם שלאחר מכן, הוא יתפתח בהדרגה למבנה לא תקין ויווצר פגמי הפרדה. [12G18].
3 מסקנות והצעות
ליריעות סגסוגת טיטניום TC4ELI יש פגמים בהפרדת אלמנטים ביניים עשירים בטיטניום. פגם זה נגרם על ידי גודל החלקיקים הלא אחיד של ספוג טיטניום והפיזור הלא אחיד של תערובת סגסוגת הביניים במהלך תהליך הייצור של מטילי סגסוגת טיטניום.
מומלץ לצמצם או להעלים פגמים כאלה על ידי חיזוק השליטה בחומרי הגלם והתערובות, כמו גם בחירת המתח והזרם במהלך הכנת האלקטרודות וההתכה.
הפניות:
[1] Yin Dongfang, Huang Yifei. מחקר על תאימות ביולוגית של סגסוגות טיטניום רפואיות[J]. כתב עת למחקר רפואי, 2008, 37(10):96G97.
[2] Li Jun, Wei Jianhua, Zhang Yumei וכו'. הערכת תאימות ביולוגית של סגסוגות טיטניום רפואיות חדשות[J]. Journal of Practical Stomatology, 2010, 26(5): 636G640.
[3] Wang Weimin, Lin Shaohua, Cao Jimin וכו'. השפעת טכנולוגיית העיבוד התרמי על המיקרו-מבנה של מוטות סגסוגת TC4 רפואיים[J]. התקדמות תעשיית הטיטניום, 2012, 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin, Lin Shaohua, Li Lei וכו'. הרכב, מבנה ותכונות מכניות של מוטות סגסוגת Ti6Al4V (ELI) עבור שתלים כירורגיים [J]. Journal Chinese of Non-ferrous Metals, 2010, 20(S1): 555G559.
[5] Yu Zhentao, Yu Sen, Zhang Minghua, et al. מצב נוכחי והתקדמות של תכנון, פיתוח ויישום של חומרים חדשים מסגסוגת טיטניום רפואית עבור שתלים כירורגיים [J]. China Materials Progress, 2010, 29(12):35G51.
[6] Ma Xiqun, Yu Zhentao, Niu Jinlong, et al. התקדמות מחקר על המבנה והתכונות של סגסוגות טיטניום ביו-רפואיות חדשות[J]. הנדסה ביו-רפואית ומרפאה, 2013, 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei, Min Xiaohua, Tao Xiaojie וכו'. בקרת מבנה מיקרו וביצועי כיווץ ציפורניים בצורת U של מוטות סגסוגת טיטניום רפואית TC4[J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (נפח פיזיקה), 2013, 49(2):117-118.
[8] Li Rong, Wei Dong, Xu Lu, et al. ניתוח כשל שבר של לוחות עצם מסגסוגת טיטניום TA3 להשתלה כירורגית [J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (פיזיקה), 2016, 52 (12): 897G899.
[9] Wei Fenrong, Fan Yajun, Wang Hai וכו'. מחקר על המאפיינים של סגסוגת טיטניום TiG6AlG4VELI עבור חוט עליון בעמוד השדרה[J]. טכנולוגיית עיבוד תרמי, 2014, 43(4):98G 102.
[10] Li Hui, Qu Hennglei, Zhao Yongqing וכו'. מחקר על המיקרו-מבנה והתכונות המכניות של גיליון סגסוגת TiG6AlG4V ELI[J]. התקדמות תעשיית הטיטניום, 2005, 22(6):24G27.
[11] Zhang Li, Shen Liang, Li Ruiwen, et al. בדיקת קשיות Vickers מיקרוסקופית של אזור משקעים פאזה עשיר בטיטניום של סגסוגת VG5CrG5Ti[J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (נפח פיזיקה), 2014, 50(9): 651G654.
[12] He Chunyan, Zhu Jianwen, Zhu Kangping. ניתוח פגמי הפרדה נפוצים במוטות סגסוגת טיטניום דו-פאזיים[J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (פיזיקה), 2013, 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun, He Chunyan, Xue Xiangyi וכו'. ניתוח לדוגמה של פגמים מתכתיים של סגסוגת טיטניום[J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (נפח פיזיקה), 2013, 49(12): 819G822, 826.
[14] Cai Jianming, Zhang Wangfeng, Li Zhenxi וכו'. מאפיינים ושליטה של ​​פסים בהירים וכהים על להבי סגסוגת טיטניום TC11[J]. הנדסת חומרים, 2005, 33(1): 16G19.
[15] ליו ג'ון, טאנג גואנגפינג, יאנג גויז'ו. ניתוח של פגמי פס בהיר בברים מסגסוגת טיטניום TC4[J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (פיזיקה), 2011, 47(10): 646G 648.
[16] וו ג'ונפנג. ניתוח על הגורמים לפיצוח של מוט מסגסוגת טיטניום TC11[J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (נפח פיזיקה), 2012, 48(5): 331-333.
[17] Zhu Mingde, Shen Yinuo. ניתוח של כשל בשבר של ברגי סגסוגת טיטניום בעלי חוזק גבוה [J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (נפח פיזיקה), 2008, 44(8): 446G450.
[18] Shi Xiaoli, Qi Fengjun, Mu Ying, et al. ניתוח הגורמים לשבירת חוט ניקל-טיטניום[J]. בדיקה פיזיקלית וכימית (נפח פיזיקה), 2018, 54(11):829G832.