Poddanie 3D implantów medycznych Ti6Al4V do scentrowania laserowego może zwiększyć odporność na zużycie

Wielu badaczy stosuje techniki modyfikacji powierzchni, takie jak utlenianie termiczne i stopowanie powierzchni plazmy, aby zwiększyć odporność na zużycie. Efekty cieplne tych metod mogą jednak powodować naprężenia szczątkowe w warstwie powierzchniowej obrabianych materiałów, co może zmniejszyć wytrzymałość zmęczeniową.

Dlatego grupa naukowców z Uniwersytetu Jiangsu zwraca się do kulkowania laserowego (LP) , zamiast tego technologia laserowej modyfikacji powierzchni. Niedawno opublikowali artykuł na temat ich wysiłków, zatytułowany "Wpływ kulkowania laserowego na tarcie i zużycie ścierne medycznego stopu Ti6Al4V."

Streszczenie brzmi: "Celem tego badania było zbadanie efektów działania lasera. peering (LP) na tarcie i zużycie stopu medycznego Ti6Al4V. Testy zużycia przeprowadzono na próbkach przed i po LP za pomocą testera zużycia na tarczy w roztworze Hanka. Zmierzono chropowatość powierzchni i mikrotwardość różnie traktowanych próbek. Właściwości tarcia i zużycia próbek oceniano poprzez porównanie ich współczynnika tarcia (COF) i strat masy zużycia. Morfologie noszenia blizn i mechanizmu noszenia scharakteryzowano za pomocą mikroskopu optycznego (OM), skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) i spektrometru dyspersyjnego energii (EDS). Wyniki pokazały, że mikro-twardość powierzchni próbki poddanej LP znacznie wzrosła o 25,7%, a odpowiadająca jej głębokość warstwy utwardzonej wynosiła ponad 0,3 mm. Średni COF i ubytek masy uległy znacznemu zmniejszeniu odpowiednio do 50% i 29,2% w wyniku rosnącej energii lasera i czasów uderzenia. Po LP mechanizm zużycia obrócił się od ciężkiego utleniającego zużycia do lekkiego zużycia adhezyjnego i zużycia ściernego. Wyniki eksperymentów udowodniły, że obróbka LP może skutecznie poprawić właściwości tarcia i zużycia medycznego stopu Ti6Al4V. " CD3D .

Piła laserowa wykorzystuje silne odkształcenia plastyczne, wywołane falą uderzeniową plazmy, w celu modyfikacji właściwości mechanicznych i mikrostrukturalnych materiału, a inne badania wykazały, że metoda ta może udoskonalić ziarno i poprawić mikrotwardość warstwy powierzchniowej materiału. Przy stosowaniu z odpowiednimi parametrami obróbki, LP może również poprawić odporność na korozję i zmęczenie metali i stopów - dobra wiadomość dla implantów z nadrukiem 3D. Ale nie przeprowadzono wielu badań nad właściwościami zużycia i tarcia medycznego stopu Ti6Al4Vpoddane LP ... do tej pory.

"Artykuł ma na celu zbadanie wpływu LP na zużycie i zachowanie się ciernego medycznego stopu Ti6Al4V z różnymi parametrami peeringu laserowego w zrównoważonym roztworze soli Hanksa (HBSS)," naukowcy wyjaśnili. "Zmierzono chropowatość powierzchni i mikrotwardość próbek, a także zbadano ich współczynnik tarcia i masę zużycia. Za pomocą mikroskopu optycznego 3D obserwowano morfologię powierzchni blizny ścieralnej na powierzchni próbki oraz omówiono mechanizmy zużycia próbek przed i po LP w symulowanych płynach ustrojowych człowieka na podstawie obrazów SEM i danych EDS. "

Zespół wykorzystał dostępny na rynku medyczny stop Ti6Al4V do eksperymentu i pociął próbki na prostokątne kształty 40 x 20 x 4 mm, o grubości 4 mm.

Nietraktowane i traktowane LP próbki Ti6Al4V badano pod względem chropowatości powierzchni i mikrotwardości oraz testy zużycia ślizgowego zostały przeprowadzone na Nanjing University of Aerospace and Astronautics w Chinach.

"Podczas testu próbkę zanurzono w roztworze Hanka w temperaturze pokojowej i zamocowano w wirującej miseczce, "Wyjaśnili naukowcy.

" Obrotową miseczkę używano do obracania próbek z prędkością 120r / min przez 30 min z promieniem zużycia 3 mm. Jako materiał przeciwstawny zastosowano kulę GCr15 (750 HV, Ra <0,1 μm) o średnicy 8 mm. Obciążenie testowe wynosiło 5N podczas całego procesu, który jest bliższy warunkowi zastosowania biomedycznego implantu. We wszystkich testach COF monitorowano w czasie bezpośrednio przez sprężysty wspornik i czujniki tego układu. "

Próbki zostały oczyszczone po testach i zmierzono ich masę strat zużycia. Dodatkowo do obserwacji morfologii 3D blizn zużywania użyto mikroskopu optycznego 3D, a SEM, w połączeniu ze spektrometrem dyspersyjnym energii, obserwowały ich zużyte powierzchnie.

Zespół stwierdził, że w porównaniu do nietraktowanych próbka, wartość mikrotwardości powierzchni próbki Ti6Al4V traktowanej LP wzrosła o 25,7%, pokazując, że LP był w stanie wzmocnić swoją powierzchnię. Dodatkowo, wyniki eksperymentu pokazały, że po obróbce LP próbki miały lepszą odporność na zużycie niż nietraktowana; energia lasera i czas uderzenia również pomogły poprawić odporność na zużycie próbki LP.

"Po obróbce LP, mechanizm zużycia próbki Ti6Al4V zmienił się z ciężkiego utleniającego zużycia na lekkie zużycie lepiszcza i ścierniwonosić ", napisali naukowcy. Proces LP może przyczynić się do zahamowania toksycznych pierwiastków, które są uwalniane w ludzkim ciele, gdy wykorzystuje się implanty ze stopu Ti6Al4V. "