激光选区熔化工艺对CoCrWMo支架组织性能的影

3.0 闻远设计 2023-07-14 145 4 4.12MB 19 页 10光币

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激光选区熔化工艺对 CoCrWMo 支架组织性能的影

响

赵霄昊 1，刘立科 2，张鹏 1，潘霏霏 1*，郭少帅 1，王庆相 1,3，梁书锦 1,3

1西安欧中材料科技有限公司，陕西西安 710068；

2陕西省医疗器械质量检验院，陕西咸阳 712046

3西北有色金属研究院，陕西西安 710016

摘要本文利用激光选区熔化技术（SLM）制备 CoCrWMo 支架卡环成形件，研究

了不同激光功率和不同扫描速度的适配性，以及成形件组织及性能的特征。利用光学金相

显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、Image Pro Plus 图像分析软件进行显微组织分析及

表征。本实验从 15 组低能量密度 SLM 工艺参数中选区最佳工艺并进行力学性能检测，实

验结果具备良好的强塑综合力学性能，退火态显微组织主要由 γ-fcc 相组成，其相比例不低

于95%，断口延伸率可达 20%，断口形貌呈现典型的韧窝特征。

关键词支架；卡环；钴铬钨钼合金；超高转速等离子旋转电极；激光选区熔化

中图分类号 TG665;R783.1;R318.08; R783.6 文献标志码 A

Effect of Selective Laser Melting parameters on microstructure and

mechanical properties of CoCrWMo dentures

Zhao Xiaohao1, LIU Like2, Zhang Peng1, Pan Feifei1*, Guo Shaoshuai1, Wang Qingxiang1,3,

Liang Shujin1,3

1 Sino-Euro Materials Technologies of Xi'an Co., Ltd, Xi’an , Shaaxi 710018, China;

2Shaanxi Medical Device Quality Institute, Xianyang, Shaanxi, 712046, China;

3 Northwest Institute for Non-ferrous Metal Research, Xi’an, Shaaxi 710016, China

Abstract Selective Laser Melting is widely applied to dental restoration. In this

article, different laser power and varying scanning velocity have been employed to

investigate the influence on microstructure and mechanical properties of SLM CoCrWMo

compacts. Optical microscopy (OM) , scanning electron microscopy (SEM) , energy

基金项目：陕西省重点项目工业领域(2018ZDXM-GY-132)`

通信作者：潘霏霏 *E-mail：market@c-semt.com；

dispersive spectrometer (EDS) and Image Pro Plus (IPP) were exploited to analyze

microstructure and constituent phases. Tensile testing was performed to evaluate

corresponding performance. In the paper, the prime set of parameters have been selected to

prepare specimen from 15 sets of experiment. The prime set possessed excellent a

combination of strength and ductility while the elongation is up to 20% with dimples

characterization. The microstructure is composed of γ-fcc phase, of which the percentage is

over 95%.

Key words clasp; denture; plasma rotating; selective laser melting;CoCrWMo alloy

1 引言

近十多年来，以金属球形粉末为原材料的激光选区熔化成形技术（SLM）已经广泛

应用于航空航天、汽车航运、石油机械等基础工程领域。随着 SLM 设备工程稳定化的提高、

设备制造成本的下降、SLM 打印效率的提高、人力成本的上升等多方面因素，SLM 技术的

近净成形特点也被义齿行业所应用[1-3]。义齿行业将口腔扫描与SLM 打印相结合，可将扫

描数据转化生成SLM 应用的数据类型，从而逐层打印获得近终型金属义齿配件，适于制备

难变形、难加工的钴铬合金和钛合金两种义齿常用金属材料。长久以来，齿科钴铬金属制

品主要通过熔铸、切削、数控机加等工艺制备，相比于 SLM 技术，传统工艺流程凸显了生

产周期长、材料利用率低、人工成本高等不利因素[4-9]。

钴铬合金因其优良的耐腐蚀性、突出的生物相容性、可靠的综合力学性能，被广泛

应用于齿科修复领域。实际应用中，义齿支架卡环对合金韧性要求较高，以 CoCrMo 系合

金为主；而义齿金属内冠需与瓷粉烧结，强调金瓷结合强度和合金线膨胀系数，以 CoCrW

和CoCrWMo 系合金为主。Katrin Quante[3]等人制备了 CoCrWMo 牙冠并通过硅酮指示剂进

行内部和边缘的尺寸精度检测，实验表明SLM 牙冠的尺寸精度可与传统工艺相媲美。

Qiu[10]等人研究了铸造态 Co26Cr6W5Mo 合金烤瓷前后的耐腐蚀性，烤瓷温度对 NiCr 合金

耐腐性影响较大，对 CoCr 合金几乎没有影响。Zhou[2] 对比研究了铸造态、轧制机加态、

SLM 打印态的 CoCrWMo 组织及力学性能，试验表明SLM 打印态显微组织由 97% α-

Co（FCC）和 2% ε-Co（HCP）组成，其合金强度分别比铸造态和轧制机加态高 414MPa

和434MPa，断后延伸率也是SLM 打印态最高，为 12.7%。Li Zeng[11]等人对比研究了不透

明瓷烧结、体瓷烧结、上釉烧结等烤瓷制度对铸造态和 SLM 打印 CoCrWMo 合金耐腐蚀性

的影响，结果表明在 pH 分别为5.0 和2.5 的环境中，两种工艺的耐腐性基本相当。Kenta

Yamanka[7]等人研究了氮元素对 Co29Cr6Mo 合金的影响，实验表明0.10%>N>0.05%，屈服

强度随着 N含量增加而单调增加，N元素会在 γ基体上形成纳米级第二相强化效应，同时

N元素增加会抑制Shockley 位错滑移和应变诱导 γ(fcc)-ε(hcp) 马氏体转变过程；当

N>0.10%时，随着 N含量上升塑性开始呈下降趋势，可能由于更多的退火孪晶形成。Keita

Yoda[6]等人研究表明无氮（N<0.002%）铸造Co26Cr5Mo 合金的抗拉强度和屈服强度都显

著低于含氮（N=0.156%）Co26Cr5Mo 合金，但是断后延伸率却未能提高很多。Li[8]等人研

究铸态Co29Cr6Mo 合金时，表明少量 C（0.23%）和 N（0.14%）有助于稳定 γ基体，其中

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摘要：

激光选区熔化工艺对CoCrWMo支架组织性能的影响赵霄昊1，刘立科2，张鹏1，潘霏霏1*，郭少帅1，王庆相1,3，梁书锦1,31西安欧中材料科技有限公司，陕西西安710068；2陕西省医疗器械质量检验院，陕西咸阳7120463西北有色金属研究院，陕西西安710016摘要本文利用激光选区熔化技术（SLM）制备CoCrWMo支架卡环成形件，研究了不同激光功率和不同扫描速度的适配性，以及成形件组织及性能的特征。利用光学金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析仪、ImageProPlus图像分析软件进行显微组织分析及表征。本实验从15组低能量密度SLM工艺参数中选区最佳工艺并进行力学性能检测，实验结果具备...

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