[发明专利]一种选区激光熔化制备多孔Ta/Ti-6Al-4V整合件的方法

说明书

本发明涉及一种通过选区激光熔化制备告结合强度的多孔Ta/Ti‑6Al‑4V整合件的方法，属于金属材料增材制造技术领域。本发明一种选区激光熔化制备多孔Ta/Ti‑6Al‑4V整合件的方法，包括以下步骤：步骤一按照设定形状和尺寸制备Ti‑6Al‑4V合金基体；步骤二以钽粉为原料，通过SLM在Ti‑6Al‑4V合金基体上制备Ta涂层；SLM的工艺参数设定为：激光光斑直径110μm，激光功率200～400W，激光扫描速200～600mm/s，激光扫描间距100‑200μm，铺粉厚度为20～40μm。本发明工艺简单合理、生产效率高、所得多孔Ta/Ti‑6Al‑4V整合件的力学性能优良。

技术领域

本发明涉及一种通过选区激光熔化制备告结合强度的多孔Ta/Ti-6Al-4V整合件的方法，属于金属材料增材制造技术领域。

背景技术

生物医用材料是现代临床医学发展的基础，其中医用金属材料广泛地应用在外科植入物和矫形器械中。目前，医用金属材料主要包括医用不锈钢、钴基合金、钛合金三大系列，其中钛合金具有比重小、比强度高、弹性模量低、易加工成形、原料资源丰富等特点，可作为外科植入物的理想功能结构材料。但是，金属植入物在复杂的人体环境中易引起有毒元素的释放，生物相容性降低，同时，金属材料的弹性模量与人体骨组织相差过大，易产生应力屏蔽效应，对新骨生长和重塑产生不利的影响，甚至导致植入体失效，造成二次骨折。因此，人们致力于寻求更耐腐蚀、生物相容性更佳的金属植入材料，并通过结构设计探索与人骨更为接近的力学性能。

金属钽(Ta)由于其优异的耐腐蚀性优异、生物相容性好其等独特优势，受到业界的广泛关注，但是高昂的原料成本限制了它的广泛应用。研发新型合金或添加合金元素以提高其生物性能是有效的方法，但出于成本考虑，制备涂层是更为直接和简单易行的方法。已有的研究结果表明，足够厚、致密的钽涂层的耐蚀性可以达到块体钽材的水平。因此，制备出致密的且具有一定厚度的钽涂层已成为钽应用研究的热点。

目前，国内外制备钽涂层的主要方法有熔盐电镀法、等离子喷涂法、磁控溅射法、离子束辅助沉积、化学气相沉积、直流二极溅射离子注入等。然而，由于钽具有高熔点和高亲氧性等特点，获得基体与涂层结合力好、成膜质量高的多孔Ta/Ti-6Al-4V整合件仍是一个较大的难题。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)的发展为方便制备具有可控多孔结构的钽涂层提供技术条件，它可以通过设计多孔基体的孔隙率和孔径，并对孔隙率和孔径进行控制，可使多孔钽涂层的弹性模量与人骨相匹配；然后利用材料累加的制造原理，在计算机辅助设计和控制下制造出三维实体零件。SLM技术具有零件开发周期短、加工精度高、节约原料、可成形任意复杂零件等特点。目前，该技术已用于成形钛合金、不锈钢、铝合金、镍基高温合金等多种金属。利用高能量密度激光，甚至可以成形Mo、Ta、W等难熔金属。因此，采用选区激光熔融技术制备高结合强度的多孔Ta/Ti-6Al-4V整合件是一种可行性高的新方法。但到目前为至，还未见有采用SLM技术在Ti-6Al-4V基体上制备Ta涂层的相关报道。

发明内容

针对传统粉末冶金技术无法制备具有复杂结构的多孔钽涂层这一缺点，本发明的目的是提供一种利用选区激光熔化制备复杂多孔钽涂层、实现Ti-6Al-4V基体与多孔钽涂层的冶金结合、大幅度提高选区激光熔化制备多孔Ta/Ti-6Al-4V整合件力学性能的方法。通过在Ti-6Al-4V基体上制备多孔Ta涂层，一方面，利用Ti-6Al-4V基体已经具备的性能优势；另一方面，又发挥了金属钽生物相容性佳的特点，同时降低了完全使用金属钽的高昂成本。通过选区熔化技术制备高界面结合强度的多孔Ta/Ti-6Al-4V整合件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种选区激光熔化制备多孔Ta/Ti-6Al-4V整合件的方法，包括以下步骤：

步骤一

按照设定形状和尺寸制备Ti-6Al-4V合金基体；

步骤二