تحليل العيوب في لوحة سبائك التيتانيوم الطبية TC4ELI

الملخص: تم العثور على لوحة معينة من سبائك التيتانيوم الطبية TC4ELI تحتوي على عيوب اختراقية في الشريط الساطع أثناء الفحص منخفض التكبير. تم تحليل أنواع العيوب وأسبابها من خلال فحص المعادن وتحليل المجهر الإلكتروني الماسح وتحليل طيف الطاقة واختبار الصلابة. النتائج تبين أن هذا العيب هو عيب في فصل العناصر الخلالية الغنية بالتيتانيوم، والذي يحدث بسبب حجم الجسيمات غير المتساوي لإسفنجة التيتانيوم والتوزيع غير المتساوي لخليط السبائك الوسيطة أثناء عملية إنتاج سبائك سبائك التيتانيوم. يوصى بتقليل هذا العيب أو القضاء عليه من خلال التحكم في المواد الخام وعملية الصهر. خلل.

TC４أصبحت سبائك التيتانيوم ELI مزروعة جراحية طبية نظرًا لتوافقها الحيوي الجيد، ومعامل المرونة المنخفض، والكثافة المنخفضة، وخصائص مقاومة التآكل الجيدة، وعدم السمية، وقوة الخضوع العالية، وعمر التعب الطويل، واللدونة الكبيرة في الغرفة درجة الحرارة، وسهلة التشكيل. مادة مثالية للأجهزة الطبية [1-2]. تُستخدم ألواح سبائك التيتانيوم الطبية TC4ELI بشكل رئيسي في إصلاح الجمجمة، وتطعيم العظام، وما إلى ذلك، والتي لها متطلبات أعلى فيما يتعلق بالقوة، وعمر التعب، واللدونة، وما إلى ذلك. وفقًا لـ GB/T 13810-2017«الزراعة الجراحية لمعالجة التيتانيوم وسبائك التيتانيوم "مواد للاستخدام الطبي"، إذا تم العثور على انفصال أو شوائب معدنية أو غير معدنية وغيرها من العيوب المعدنية المرئية في الهيكل منخفض التكبير لمواد سبائك التيتانيوم المستخدمة في منتجات الزرع، فسيتم الحكم على مجموعة المنتجات بأنها غير مؤهلة. هو مظهر من مظاهر التركيب الجزئي غير المتكافئ لمواد سبائك التيتانيوم في الهيكل. لوحة TC4ELI الطبية عبارة عن سبيكة تيتانيوم من النوع ثنائي الطور. إذا كان تكوين المنطقة الدقيقة غير متساوٍ، فسوف يسبب تشوهات في البنية الكلية والمجهرية، مما يؤدي إلى حدوث تشوهات. هناك فرق كبير في الصلابة بين المنطقة العادية والمنطقة العادية، مما سيؤدي إلى أداء عام غير متساو لمواد سبائك التيتانيوم، وبالتالي تقليل قوة المادة وعمر الكلال واللدونة، ويؤدي في النهاية إلى فشل مبكر للمواد [{{ 13}}].

أثناء مراقبة التكبير المنخفض للوحة معينة من سبائك التيتانيوم الطبية TC4ELI، تم العثور على منطقة غير طبيعية على شكل شريط بعرض حوالي 5 مم. وعندما تم اعتراض جزء منه ومراقبته بتكبير منخفض، وجد أن المنطقة ذات الشكل الشريطي كانت عبارة عن شريط لامع. ومن أجل تحديد نوع الخلل بدقة، من الضروري تحديد الخلل. وقد قام المؤلف بدراسة وتحليل الأسباب.

1 الاختبارات الفيزيائية والكيميائية
1.1 فحص المعادن
استخدم المراقب. تم استخدام مجهر ميتالوغرافيا ZEISS من نوع AIM لإجراء فحص ميتالوغرافي لمنطقة الشريط الساطع والمنطقة الطبيعية للوحة سبائك التيتانيوم TC4ELI. كما يتبين من الشكل 2، فإن منطقة الشريط الساطع عبارة عن هيكل متساوي المحور أحادي الطور، يُظهر خصائص هيكلية تشبه الفصل، في حين أن المنطقة الطبيعية موجودة في هيكل سبيكة تيتانيوم TC4ELI نموذجية تمت معالجتها في المنطقة + ثنائية الطور، تم كسر جميع حدود الحبوب الأصلية بالكامل، لذلك يمكن تحديد أن منطقة الشريط الساطع هي عيب في الفصل.

1.2 تحليل المجهر الإلكتروني
تم استخدام المجهر الإلكتروني لمسح انبعاث المجال البارد (SEM) JSMG6700 لتحليل شكل منطقة الشريط الساطع والمنطقة الطبيعية للوحة سبائك التيتانيوم TC4ELI. كما يتبين من الشكل 3، فإن الهيكل المتساوي أحادي الطور في منطقة الشريط الساطع يكون أكثر وضوحًا، وتظهر المنطقة الطبيعية + تتوافق خصائص الهيكل المعالج للمنطقة ذات الطورين مع نتائج فحص المعادن، و وتقرر كذلك أن منطقة الشريط الساطع هي عيب في الفصل.

1.3 تحليل طيف الطاقة
تم استخدام مطياف الطاقة (EDS) المتصل بالمجهر الإلكتروني الماسح لإجراء تحليل المكونات الدقيقة على منطقة الشريط الساطع والمنطقة الطبيعية للوحة سبائك التيتانيوم TC4ELI. تظهر نتائج التحليل في الجدول 1. ويمكن ملاحظة أن محتوى الفاناديوم في المنطقة الطبيعية أعلى قليلاً من القيمة القياسية. بالإضافة إلى ذلك، تتوافق محتويات العناصر الأخرى مع متطلبات GB/T 3620. 1-2016 "درجات التيتانيوم وسبائك التيتانيوم والتركيبات الكيميائية"؛ محتويات التيتانيوم والألومنيوم والفاناديوم في منطقة الشريط الساطع ليست ضمن النطاق القياسي، وهناك محتوى واضح غني بالتيتانيوم. ، فقيرة في الألومنيوم وفقيرة في الفاناديوم، ومحتوى عنصر الأكسجين هو الحد الأعلى للنطاق القياسي، ويُعتقد أن لوحة سبائك التيتانيوم TC4ELI بها عيوب فصل غنية بالتيتانيوم.

1.4 اختبار الصلابة
يمكن تقسيم فصل سبائك التيتانيوم إلى فصل صلب (صلابة جزء الفصل أعلى من صلابة المنطقة العادية، والمعروف أيضًا باسم الفصل الهش) وفصل ناعم (صلابة جزء الفصل أقل من صلابة المنطقة العادية) حسب الفرق بين صلابة جزء الفصل والمنطقة العادية. يُعرف أيضًا باسم الفصل غير الهش). تم إجراء اختبارات صلابة Micro-Vickers على منطقة الشريط الساطع والمنطقة الطبيعية للوحة سبائك التيتانيوم TC4ELI. وكانت النتائج المقاسة 383HV و327HV على التوالي. ويمكن ملاحظة أن صلابة منطقة الشريط الساطع أعلى بكثير من صلابة المنطقة العادية. نوع الفصل في منطقة الشريط الساطع هو الفصل الهش[11].
2 التحليل والمناقشة
تعتبر منطقة الشريط الساطع لصفائح سبائك التيتانيوم TC4ELI عيبًا في الفصل. يحدث هذا العيب بسبب عدم اكتمال صناعة السبائك لجزيئات السبائك المتوسطة. وهو عزل غني بالتيتانيوم، ولكنه ليس عزلًا شائعًا غنيًا بالتيتانيوم لأن صلابة منطقة العزل الغنية بالتيتانيوم يجب أن تكون أقل من المنطقة العادية [12]، كما أن صلابة منطقة عيب الفصل ( منطقة الشريط الساطع) من صفائح سبائك التيتانيوم TC4ELI أعلى من المنطقة العادية، وهو ما يتوافق مع خصائص فصل العناصر الخلالية. تشير العناصر الخلالية على وجه التحديد إلى الأكسجين والكربون والنيتروجين. عناصر. إن المحتوى العالي من الأكسجين في منطقة عيب الفصل يؤكد هذه النتيجة. سيؤدي إثراء العناصر الخلالية إلى زيادة درجة حرارة تحول مرحلة بيتا لسبائك التيتانيوم، وزيادة صلابة مرحلة ألفا، وجعل المادة هشة. باختصار، تيتانيوم TC4ELI نوع عيوب الفصل في صفائح السبائك هو فصل العناصر الخلالية الغنية بالتيتانيوم.
يرتبط سبب عيب الفصل هذا بشكل أساسي بعملية صهر سبائك التيتانيوم. لقد تم بالفعل تشكيل عيب الفصل في إنتاج السبائك. في الوقت الحاضر، تعتمد شركات إنتاج سبائك التيتانيوم في الصين عمومًا طريقة صهر فرن القوس الكهربائي المستهلك ذوبان الفراغ ثلاثي الممرات، والتي يتم تشغيلها أثناء عملية تحضير القطب الكهربائي. يمكن أن يؤدي الاستخدام غير السليم بسهولة إلى تلوث المعادن أو تكوين أكاسيد ونيتريدات حرارية. سيؤدي الاختيار غير الصحيح للتيار والجهد إلى فشل منطقة الانصهار في تحقيق التوازن الحراري أثناء عملية الذوبان، وسيتسبب أيضًا في حدوث تغييرات في عمق البركة المنصهرة، مما يؤدي إلى حجم جسيمات غير متساوٍ لإسفنجة التيتانيوم. سيؤدي التوزيع غير المتكافئ لخليط السبائك الرئيسية إلى إثراء واستنفاد عناصر السبائك في المناطق المحلية من المادة، مما يؤدي إلى انحراف نقطة تحول الطور في هذه المنطقة. أثناء عملية المعالجة الساخنة اللاحقة، سوف يتطور تدريجياً إلى هيكل غير طبيعي ويشكل عيوب الفصل. [12ز18].
3 الاستنتاجات والمقترحات
تحتوي صفائح سبائك التيتانيوم TC4ELI على عيوب في فصل العناصر الخلالية الغنية بالتيتانيوم. يحدث هذا العيب بسبب الحجم غير المتساوي للجسيمات لإسفنجة التيتانيوم والتوزيع غير المتساوي لخليط السبائك الوسيطة أثناء عملية إنتاج سبائك سبائك التيتانيوم.
يوصى بتقليل أو إزالة هذه العيوب من خلال تعزيز التحكم في المواد الخام والمخاليط، وكذلك اختيار الجهد والتيار أثناء عمليات تحضير القطب الكهربائي وعمليات الصهر.
مراجع:
[1] يين دونغفانغ، هوانغ ييفي. بحث حول التوافق الحيوي لسبائك التيتانيوم الطبية [J]. مجلة البحوث الطبية، 2008، 37(10):96G97.
[2] لي جون، وي جيان هوا، تشانغ يومي، إلخ. تقييم التوافق الحيوي لسبائك التيتانيوم الطبية الجديدة [J]. مجلة طب الأسنان العملي، 2010، 26(5): 636G640.
[3] وانغ ويمين، لين شاوهوا، تساو جيمين، إلخ. تأثير تكنولوجيا المعالجة الحرارية على البنية المجهرية لقضبان سبائك TC4 الطبية[J]. تقدم صناعة التيتانيوم، 2012، 29 (3): 14G18.
[4] Wang Weimin, Lin Shaohua, Li Lei، إلخ. التركيب والبنية والخواص الميكانيكية لقضبان سبائك Ti6Al4V (ELI) المستخدمة في عمليات الزرع الجراحية [J]. المجلة الصينية للمعادن غير الحديدية، 2010، 20(S1): 555G559.
[5] يو زينتاو، يو سين، تشانغ مينغ هوا، وآخرون. الوضع الحالي والتقدم المحرز في تصميم وتطوير وتطبيق مواد سبائك التيتانيوم الطبية الجديدة للزراعات الجراحية [J]. تقدم المواد الصينية، 2010، 29(12):35G51.
[6] ما شيكون، يو زينتاو، نيو جين لونغ، وآخرون. تقدم البحث في بنية وخصائص سبائك التيتانيوم الطبية الحيوية الجديدة [J]. الهندسة الطبية الحيوية والعيادة، 2013، 17(6):610G615.
[7] Bai Pengfei، Min Xiaohua، Tao Xiaojie، إلخ. التحكم في البنية المجهرية وأداء انكماش الأظافر على شكل حرف U لقضبان سبائك التيتانيوم الطبية TC4[J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (مجلد الفيزياء)، 2013، 49(2):117-118.
[8] لي رونغ، وي دونغ، شو لو، وآخرون. تحليل فشل الكسر لألواح عظام سبائك التيتانيوم TA3 للزرع الجراحي [J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (فيزياء)، 2016، 52 (12): 897G899.
[9] وي فينرونج، فان ياجون، وانج هاي، إلخ. بحث حول خصائص سبائك التيتانيوم TiG6AlG4VELI للسلك العلوي الشوكي[J]. تكنولوجيا المعالجة الحرارية، 2014، 43(4):98G 102.
[10] لي هوي، تشو هينجلي، تشاو يونغ تشينغ، إلخ. بحث حول البنية المجهرية والخواص الميكانيكية لصفائح سبائك TiG6AlG4V ELI[J]. تقدم صناعة التيتانيوم، 2005، 22(6):24G27.
[11] تشانغ لي، شين ليانغ، لي رووين، وآخرون. اختبار صلابة فيكرز المجهري لمنطقة الترسيب الطورية الغنية بالتيتانيوم لسبائك VG5CrG5Ti[J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (مجلد الفيزياء)، 2014، 50(9): 651G654.
[12] هي تشونيان، تشو جيان ون، تشو كانغبينغ. تحليل عيوب الفصل الشائعة في - قضبان سبائك التيتانيوم ثنائية الطور [J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (الفيزياء)، 2013، 49(4): 247G250.
[13] Zhang Lijun، He Chunyan، Xue Xiangyi، إلخ. مثال لتحليل العيوب المعدنية لسبائك التيتانيوم[J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (مجلد الفيزياء)، 2013، 49(12): 819G822، 826.
[14] Cai Jianming، Zhang Wangfeng، Li Zhenxi، إلخ. الخصائص والتحكم في الخطوط الساطعة والداكنة على شفرات سبائك التيتانيوم TC11[J]. هندسة المواد، 2005، 33(1): 16G19.
[15] ليو جون، تانغ جوانجبينج، يانج قويتشو. تحليل عيوب الخط الساطع في قضبان سبائك التيتانيوم TC4 [J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (فيزياء)، 2011، 47(10): 646ز 648.
[16] وو جون فنغ. تحليل أسباب تكسير قضبان سبائك التيتانيوم TC11 [J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (مجلد الفيزياء)، 2012، 48(5): 331-333.
[17] تشو مينجد، شين ينو. تحليل فشل الكسر لمسامير سبائك التيتانيوم عالية القوة [J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (مجلد الفيزياء)، 2008، 44(8): 446G450.
[18] شي شياولي، تشي فنغجون، مو ينغ، وآخرون. تحليل أسباب كسر أسلاك النيكل والتيتانيوم[J]. الاختبارات الفيزيائية والكيميائية (مجلد الفيزياء)، 2018، 54(11):829G832.