CN113322463A - 高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法 - Google Patents

高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113322463A
CN113322463A CN202110883312.1A CN202110883312A CN113322463A CN 113322463 A CN113322463 A CN 113322463A CN 202110883312 A CN202110883312 A CN 202110883312A CN 113322463 A CN113322463 A CN 113322463A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy workpiece
titanium alloy
laser cladding
coating
preparing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110883312.1A
Other languages
English (en)
Inventor
陶汪
李俐群
王威
洪臣
周远东
王树良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Acunity Tianjin Co ltd
Original Assignee
Acunity Tianjin Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Acunity Tianjin Co ltd filed Critical Acunity Tianjin Co ltd
Priority to CN202110883312.1A priority Critical patent/CN113322463A/zh
Publication of CN113322463A publication Critical patent/CN113322463A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103—Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • C23C24/106—Coating with metal alloys or metal elements only
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/28—Materials for coating prostheses
    • A61L27/30—Inorganic materials
    • A61L27/306—Other specific inorganic materials not covered by A61L27/303 - A61L27/32
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00—Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/50—Materials characterised by their function or physical properties, e.g. injectable or lubricating compositions, shape-memory materials, surface modified materials
    • A61L27/56—Porous materials, e.g. foams or sponges

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Transplantation (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明提供了一种高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，采用同步式高速激光熔覆设备连续出光，激光功率密度范围为200w/mm2~450w/mm2，工作线速度为20m/min~80m/min。本发明与常规激光熔覆相比，工艺关键点在于控制能量输入，使粉末在不充分熔化条件下与基体结合，形成多孔涂层；本发明制备的多孔钛涂层孔隙均匀，与基体结合强度高，熔覆效率高，同时可接受复杂零件的加工。

Description

高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法
技术领域
本发明属于激光熔覆工艺在生物涂层制作领域上的应用，尤其是涉及一种高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法。
背景技术
钛及钛合金具有优良的机械性能、耐腐蚀性及生物相容性，使其作为医用植入材料在临床上得到了广泛应用。但是钛及钛合金高的弹性模量使其不能直接植入人体。多孔钛结构具有较低的弹性模量，与人骨匹配性高，大量的孔隙结构有利于骨细胞的黏附生长，是理想的医用植入体结构。与植入体整体全是多孔钛结构相比，仅在表面进行多孔化处理的钛材具有更高的机械强度，可以承受更大的生理负荷，因而在医学领域展现出了更广阔的应用前景。
目前多孔钛涂层的制备方法主要有等离子喷涂和3D打印。等离子喷涂制备的多孔钛涂层孔隙均匀性和连通性较差，3D打印设备昂贵，打印周期长生产效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，具体为：
高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，采用同步式高速激光熔覆设备连续出光，激光功率密度范围为200w/mm2~450w/mm2，工作线速度为20m/min~80m/min。功率密度和工作线速度共同作用来决定工作能量输入，在此能量输入范围内可形成多孔结构涂层；功率密度和线速度合理搭配决定结合强度；工作线速度还影响孔隙率和单层涂层厚度。
进一步，钛合金工件所处工作环境的氧含量小于等于1000ppm。此条件与前述条件共同影响涂层与基体的结合强度，氧含量在此范围不会有开裂倾向。
进一步，激光射出方向与钛合金工件的表面切面法线夹角在±5°范围内。对于具有弧形表面的钛合金工件，夹角在此范围内可保证多孔结构的均匀性。
进一步，搭接率在85%~95%之间。搭接率还和工作线速度、功率共同影响孔隙率。
进一步，熔覆层数大于等于1。熔覆层数和工作线速度共同决定涂层的厚度。
进一步，所采用的熔覆粉末为99.5%纯钛，粒度为45-105μm，使用前在110℃真空烘干400-480min。
进一步，采用99.995%纯氩气作为保护气和载粉气。
本发明与常规激光熔覆相比，工艺关键点在于控制能量输入，使粉末在不充分熔化条件下与基体结合，形成多孔涂层；本发明制备的多孔钛涂层孔隙均匀，与基体结合强度高，熔覆效率高，同时可接受复杂零件的加工。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为采用本发明制得的多孔钛涂层外观形貌。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明采用的高速激光熔覆设备主要由激光器、六轴机械臂、双筒送粉器、水冷机、中央控制柜以及旋转工作平台组成，喷嘴采用同轴环形喷嘴，熔覆粉末采用99.5%纯钛、粒度45-105μm，在110℃真空烘干400-480min。
待加工的钛合金工件需用砂纸打磨后，放在旋转工作平台，用夹具将其固定。
调整熔覆喷头角度与钛合金工件平面垂直，喷嘴距离工件平面14mm。
关闭工作台舱门，充入氩气使工作环境氧含量在1000ppm以下，同时将烘干好的粉末加入送粉器。
编写程序，设置出光功率3000w，连续出光；利用红光定位好熔覆起始点后等待出光。
开启保护气和送粉器，设置10L/min保护气流量，载粉气5L/min，粉盘转速10r/min。
开启旋转平台开关使钛合金工件以60m/min的线速度旋转。
开启水冷机和激光器，完成加工过程。
待工件足够冷却后，取出工件，进行超声波清洗30min，烘干温度80℃，时间60min。
所制得的多孔钛涂层形貌如图1所示。
经检测，采用本方法制备的本实施例的多孔钛涂层，其单涂层厚度可在300~500μm，孔隙率为50%，抗压强度65.4 Mpa，剪切强度51.5 MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，其特征在于，采用同步式高速激光熔覆设备连续出光，激光功率密度范围为200w/mm2~450w/mm2，工作线速度为20m/min~80m/min。
2.根据权利要求1所述的高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，其特征在于，钛合金工件所处工作环境的氧含量小于等于1000ppm。
3.根据权利要求1所述的高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，其特征在于，激光射出方向与钛合金工件的表面切面法线夹角在±5°范围内。
4.根据权利要求1所述的高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，其特征在于，搭接率在85%~95%之间。
5.根据权利要求1所述的高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，其特征在于，熔覆层数大于等于1。
6.根据权利要求1所述的高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，其特征在于，所采用的熔覆粉末为99.5%纯钛，粒度为45-105μm，使用前在110℃真空烘干400-480min。
7.根据权利要求1所述的高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法，其特征在于，采用99.995%纯氩气作为保护气和载粉气。
CN202110883312.1A 2021-08-03 2021-08-03 高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法 Pending CN113322463A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110883312.1A CN113322463A (zh) 2021-08-03 2021-08-03 高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110883312.1A CN113322463A (zh) 2021-08-03 2021-08-03 高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113322463A true CN113322463A (zh) 2021-08-31

Family

ID=77426782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110883312.1A Pending CN113322463A (zh) 2021-08-03 2021-08-03 高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113322463A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116377434A (zh) * 2023-04-11 2023-07-04 无锡化工装备股份有限公司 一种激光熔覆在金属管表面制备多孔传热涂层的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103526196A (zh) * 2013-10-23 2014-01-22 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有分级结构的Ti涂层硬组织替换材料的制备方法
CN103834894A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 中国兵器科学研究院宁波分院 一种在钛合金基体表面制备钛-聚乙烯多孔钛涂层的方法
US20140220380A1 (en) * 2011-03-29 2014-08-07 Mahle Metal Leve S/A Slide component and method for production of cladding on a substrate
CN110295365A (zh) * 2019-07-29 2019-10-01 福建阿石创新材料股份有限公司 一种溅射靶材及其制备方法和装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140220380A1 (en) * 2011-03-29 2014-08-07 Mahle Metal Leve S/A Slide component and method for production of cladding on a substrate
CN103834894A (zh) * 2012-11-27 2014-06-04 中国兵器科学研究院宁波分院 一种在钛合金基体表面制备钛-聚乙烯多孔钛涂层的方法
CN103526196A (zh) * 2013-10-23 2014-01-22 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种具有分级结构的Ti涂层硬组织替换材料的制备方法
CN110295365A (zh) * 2019-07-29 2019-10-01 福建阿石创新材料股份有限公司 一种溅射靶材及其制备方法和装置

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘顺洪: "《激光制造技术》", 30 June 2011 *
屠姗姗: "纯钛表面激光熔覆处理的进一步实验研究", 《安徽医科大学学报》 *
巩水利: "《先进激光加工技术》", 30 November 2016 *
王兆林: "《口腔疾病治疗理论与实践》", 30 April 2018 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116377434A (zh) * 2023-04-11 2023-07-04 无锡化工装备股份有限公司 一种激光熔覆在金属管表面制备多孔传热涂层的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105386049B (zh) 一种在硬质合金表面制备梯度硬质复合涂层的方法
CN102732898A (zh) 在医用钛或钛合金表面制备微纳米复合结构的方法
CN104674320A (zh) 一种钛或钛合金表面耐磨抑菌生物活性陶瓷膜制备方法和应用
CN110230058B (zh) 促进骨髓间充质干细胞生长分化的医用钛合金表面构建的方法
JP2001030037A (ja) 被加工物側面を均等にプレスするための型、及びチタン又はチタン合金製高生体親和性人工骨
CN103981523B (zh) 一种超亲水性Ti6Al7Ni表面喷砂酸蚀处理方法
CN105797206B (zh) 一种生物医用复合植入材料及其制备方法
CN105169471A (zh) 一种医用植入多孔铌钛合金材料及其制备方法
CN113322463A (zh) 高速激光熔覆在钛合金工件表面制备多孔钛涂层的方法
CN104083802A (zh) 提高医用镁合金表面医用生物涂层结合强度的方法
CN109266980B (zh) 在镁合金表面制备本体材料非晶层的方法
CN113097153A (zh) 铝碳化硅热沉基板制备方法及铝碳化硅热沉基板
CN1792390A (zh) 人体硬组织金属植入件表面性能的处理方法
CN108411347A (zh) 表面复合梯度耐磨陶瓷涂层的钛合金关节头的制备方法
CN109396965B (zh) 表面多尺度结构钨材料及其制备方法
CN113289057B (zh) 钽涂层骨科植入材料及其制备方法、骨科植入物
CN105256160A (zh) 一种陶瓷基镍合金复合材料的3d打印方法
CN113275593B (zh) 一种选区激光熔化制备多孔Ta/Ti-6Al-4V整合件的方法
CN113681011B (zh) 一种具有孔径梯度结构的钛基功能材料、制备方法及应用
CN102499773B (zh) 提高钛瓷结合强度的钛表面加工方法
Liu et al. Surface modification of porous titanium and titanium alloy implants manufactured by selective laser melting: A review
CN103371922A (zh) 一种在植入物材料表面进行液体喷砂处理的方法
CN109482995B (zh) 一种具有球面特征阵列微结构的金属基体及其构建方法
CN1451444A (zh) 类骨磷灰石生物活性梯度涂层人工关节材料及其制备方法
CN108546156A (zh) 碳化硅与羟基磷灰石梯度涂层改性的碳/碳复合材料及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210831

RJ01 Rejection of invention patent application after publication