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工藝參數(shù)的匹配對(duì)牙科Ti
作者：高勃，嚴(yán)曉東，王忠義，陳靜【關(guān)鍵詞】 顯微組織結(jié)構(gòu)
Influence of technologic parameter matching on laser solid forming properties of TiZr alloy for oral prosthesis
【Abstract】 AIM: To find relatively proper technologic parameter matching by evaluating its influence on laser solid forming properties of TiZr alloy powder. METHODS: Single cladding test under different technologic parameter matching was carried out by orthogonal design method and the single cladding height (H) and the single cladding width (W) were measured to find the suitable technologic parameter matching. The microstructure of TiZr alloy formed under this suitable technologic parameter matching was analyzed by scanning electron microscope (SEM). RESULTS: When the ratio of laser power to facular diameter was 2.7 kW/3 mm, the powder feeding speed was 90 r/min and the moving speed of numerical control machine was 5 mm/s, better H (826.61 μm) and W (3504.61 μm) were obtained. The SEM photograph showed that directional solidification cladding layer with thin and dense columnar dendrites was acquired. CONCLUSION: Under proper technological control, dental TiZr alloy powder is a new material for laser solid forming.
【Keywords】 laser forming; TiZr alloy; microstructure
【摘要】 目的： 研究鈦鋯(TiZr)合金粉末激光立體成形時(shí)的工藝參數(shù)對(duì)其成形性的影響，探索比較匹配的成形工藝參數(shù). 方法： 采用正交設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行試驗(yàn)分組，分別在不同的工藝參數(shù)的組合下進(jìn)行TiZr粉末的單層單道熔覆試驗(yàn)，測(cè)量其單層熔覆高度（H）和單道熔覆寬度（W），然后在優(yōu)化了的工藝參數(shù)下進(jìn)行多層堆積，觀察成形后TiZr合金的組織. 結(jié)果： 在激光功率與光斑直徑之比（P/d）為2.7 kW/3 mm，送粉器轉(zhuǎn)速(M)為90 r/min和數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度（V）為5 mm/s等參數(shù)下，TiZr粉末激光立體成形時(shí)具有較好的H和W,分別為826.61 μm和3504.61 μm. 電鏡顯示在該參數(shù)控制下成形的合金組織為均勻細(xì)致的定向快速凝固組織. 結(jié)論： 通過(guò)進(jìn)行工藝控制，牙科TiZr合金粉末是一種可用于激光立體成形的新型材料.
【關(guān)鍵詞】 激光加工； 鈦鋯合金； 顯微組織結(jié)構(gòu)
0引言
快速成型在原型和模型的制造方面，已成為一種不可替代的先進(jìn)制造技術(shù)［1］. 激光立體成形技術(shù)是在20世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的快速原型技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合自動(dòng)送粉激光熔覆技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新制造技術(shù)［2，3］. 將該技術(shù)用于口腔金屬修復(fù)體的加工具有傳統(tǒng)加工方法所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)［4,5］. 我們采用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定不同激光能量密度、送粉速率和數(shù)控機(jī)床移動(dòng)速度的下TiZr粉末的激光立體成形性，初步優(yōu)化了TiZr粉末激光立體成形的工藝參數(shù).
1材料和方法
1.1材料
西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自行研制的激光快速成形裝備，該裝備由RS850型CO2橫流激光器、LRF855型專用激光快速成形機(jī)、JPSF1型高精度送粉器等設(shè)備組成; Leica定量金相顯微鏡，JXA840掃描電鏡,Ti基材，TiZr合金粉末（與西北有色金屬研究院粉冶中心合作研制，自蔓延高溫合成機(jī)械粉碎法制備，粉末形貌為非球形粉，粒徑100~200目，松裝密度1.77 g/cm3，流動(dòng)性47.63 s/50 g，氧含量0.37%）等.
1.2方法
1.2.1實(shí)驗(yàn)分組以激光能量密度（P/d）、送粉器轉(zhuǎn)速（M）和數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度（V）三個(gè)主要的工藝參數(shù)作為控制因素，從專業(yè)角度可以判定各因素之間無(wú)交互作用. 每個(gè)控制因素分為三個(gè)不同的水平，選擇正交設(shè)計(jì)表的1，2，3列，得到了三因素三水平的正交設(shè)計(jì)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分組，共9組實(shí)驗(yàn)，每組重復(fù)4次，共36次試驗(yàn)（Tab 1）.表1激光立體成形試驗(yàn)工藝參數(shù)的正交設(shè)計(jì)表（略）
1.2.2單層單道的熔覆實(shí)驗(yàn)按照以上分組分別在Ti基材上進(jìn)行單層單道的激光熔覆實(shí)驗(yàn). 將熔覆上TiZr后的基材從中間剖開，用自凝塑料鑲樣后按金相要求磨光、拋光，在定量金相顯微鏡下測(cè)量單道熔覆寬度(W)和單層熔覆高度(H)（Fig 1）.
1.2.3TiZr激光立體成形后組織觀察在1.2.2得到的相對(duì)匹配的工藝參數(shù)下進(jìn)行TiZr粉末的單道多層堆積成形. 將成形后的試件取樣，按金相要求鑲樣后磨光、拋光，經(jīng)30 g/L HF和100 mL/L HNO3的混合溶液腐蝕后在掃描電鏡下觀察TiZr合金的組織.
統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：將所得數(shù)據(jù)輸入SPSS 11.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析. 得出相對(duì)比較匹配的工藝參數(shù).
2結(jié)果
2.1各種工藝參數(shù)組合下的單層熔覆高度和單道熔覆寬度各組實(shí)驗(yàn)單道寬度和單層高度的結(jié)果見Tab 2.表2各組實(shí)驗(yàn)單道寬度和單層高度值（略）
SPSS 11.0正交設(shè)計(jì)方差分析的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：三個(gè)控制因素不同水平對(duì)單層熔覆高度和單道熔覆寬度的影響具有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P
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