Pièces d'injection de métal pour tête de golf en alliage de titane

La technologie de moulage par injection de titane et d'alliage de titane (MIM) peut réaliser la préparation à grande échelle et à faible coût de produits en titane de forme complexe de petite et moyenne taille, ce qui est d'une grande importance pour promouvoir la production et l'application de titane et d'alliage de titane. des produits. Qinhuangdao Zhongwei Precision Machinery Co., Ltd. est une collection de moulage par injection de métal en alliage de cuivre, de moulage par injection de métal à base de fer, de moulage par injection de métal à base d'acier inoxydable, de moulage par injection de métal en alliage d'aluminium, de moulage par injection de métal en alliage de nickel, d'injection de métal en alliage de cobalt moulage, moulage par injection de métal en alliage de tungstène Une entreprise de haute technologie complète intégrant la R&D, la production et la vente de moulage par injection, de pièces d'injection de métal pour tête de golf en alliage de titane, de moulage par injection de métal en carbure cémenté et de pièces structurelles en métallurgie des poudres.

Description du produitécriture

1. Normes de mise en œuvre : la société applique strictement la certification ISO9001, ISO14001, IATF16949

Les produits ont passé la certification ROHS, FDA EU, etc.

2. Normes matérielles du produit : ISO, GB, ASTM, SAE, EN, DIN, BS, AMS, JIS, ASME, DMS, TOCT, GB

3. Principaux processus : moulage par injection de métal MIM, métallurgie des poudres PM, moulage de précision, moulage sous pression d'aluminium,

4. Matériaux disponibles pour la métallurgie des poudres :

Les alliages de cuivre, les bases de fer, les alliages de titane, les bases d'acier inoxydable, les alliages d'aluminium, les alliages de nickel, les alliages de cobalt, les alliages de tungstène, les carbures cémentés, les alliages hydroxy, les matériaux magnétiques doux et l'impression 3D peuvent être personnalisés selon les exigences du client.

Recherche et application

Le processus de moulage par injection de poudre métallique comprend généralement plusieurs processus de base tels que la préparation du matériau d'injection, le moulage par injection, le décollement, le frittage et le post-traitement nécessaire.

Comme le montre la figure 1, la poudre métallique et les composants de liant organique sont mélangés, malaxés et granulés pour préparer un matériau d'injection, puis le matériau d'injection est injecté dans le moule à une certaine température et pression, et après refroidissement, il est démoulé pour obtenir un matériel d'injection spécifique. Le corps vert du produit façonné est ensuite soumis à un processus de décollement pour éliminer tous les composants organiques à l'exception de la poudre métallique contenue dans le corps vert pour devenir un corps décollé, et enfin fritté pour obtenir des pièces d'injection de métal pour tête de golf en alliage de titane avec les propriétés souhaitées.

La technologie de moulage par injection de poudre métallique réalise la combinaison organique du moulage par injection et de la technologie traditionnelle de la métallurgie des poudres, surmonte le coût élevé du processus d'usinage, la forme simple du processus de moulage traditionnel, la faible efficacité de production du processus de pressage isostatique et de jointoiement et le processus de coulée traditionnel . Les inconvénients de nombreux défauts et d'une faible précision de tolérance ont grandement favorisé la production et l'application de produits en titane et alliages de titane (comme le montre la figure 2).

Fig.1 Organigramme du titane et des alliages de titane fabriqués par MIM

Fig.2 Applications du titane et des alliages de titane fabriqués par MIM

Ce qui suit présente les caractéristiques et les avantages des pièces d'injection de métal pour tête de golf en alliage de titane et résume les progrès de la recherche sur la technologie de moulage par injection de poudre métallique de titane et d'alliage de titane à partir de matières premières en poudre, les systèmes de liant couramment utilisés, le moulage par injection, le décollement et le frittage. Les principaux problèmes existent et la direction de recherche du moulage par injection de poudre métallique de titane et d'alliage de titane est analysée.

1. État de la recherche sur le moulage par injection de poudre métallique de titane et d'alliage de titane

Des études ont montré que les propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion et les propriétés biomédicales des produits moulés par injection de titane et d'alliages de titane sont fortement affectées par la densité relative, la teneur en impuretés, les éléments d'alliage et la microstructure.

Une fois le produit de moulage par injection fritté, sa densité relative est d'environ 95 % et il y aura une certaine proportion de pores résiduels.

Ces pores résiduels deviendront la source de fissures lorsque l'échantillon est fracturé et auront un impact important sur les propriétés mécaniques du matériau telles que la résistance à la traction, la ductilité, la ténacité à la rupture et la résistance à la fatigue. Par conséquent, plus la densité relative des produits de moulage par injection de titane et d'alliage de titane est élevée, ses propriétés mécaniques sont meilleures.

Les éléments d'impureté tels que l'oxygène, le carbone, l'azote, l'hydrogène, etc., en particulier l'oxygène, augmenteront la limite d'élasticité, la résistance à la traction et la dureté du matériau, et réduiront la ductilité. Les éléments d'impuretés sont dissous dans la matrice de titane à la température de frittage. Puisqu'il n'y a pas d'agent réducteur efficace, il est difficile de contrôler les éléments d'impureté du titane et des alliages de titane pendant le processus de frittage. quantité.

La microstructure du titane et des alliages de titane, y compris la taille des grains et la composition des phases après frittage, peut affecter les propriétés mécaniques du matériau. Pris ensemble, les matériaux en titane et en alliage de titane moulés par injection avec d'excellentes performances ont une densité plus élevée, une faible teneur en impuretés (généralement une teneur en oxygène), une composition d'alliage appropriée, des grains fins et moins de défauts lors de la densification.

1.1 Matières premières en poudre

La sélection des matières premières en poudre est une étape importante dans le processus de moulage par injection de poudre de titane. La distribution granulométrique et la morphologie de la poudre affectent directement la fluidité et la formabilité du matériau d'injection, la conservation de la forme du corps cru pendant le décollement et le retrait pendant le frittage.

À l'heure actuelle, les méthodes de préparation de poudre de titane et d'alliage de titane couramment utilisées comprennent une méthode mécanique et une méthode d'atomisation.

La forme de la poudre obtenue par broyage mécanique (comme le broyage à boulets, le broyage à billes sous agitation, le broyage à billes à vibration à haute énergie et le broyage à jet, etc.) est généralement irrégulière ou anguleuse.

Le processus de déshydrogénation par hydrogénation (HDH) consiste à tirer parti de la fragilisation évidente du titane après absorption d'hydrogène, à l'écraser par broyage mécanique ou pulvérisation par jet, puis à subir une déshydrogénation pour obtenir une poudre de titane de forme irrégulière, comme illustré à la figure 3 (a) illustré . Les méthodes d'atomisation (telles que l'atomisation de gaz inerte, l'atomisation d'électrode rotative à faisceau de plasma et l'atomisation de gaz de fusion par induction d'électrode) peuvent être effectuées dans une atmosphère complètement inerte pour maintenir une pureté élevée de la poudre brute, résultant en une forme sphérique et une distribution granulométrique. assez large et a de bonnes propriétés de tassement, comme le montre la figure 3(b).

De plus, différente de la technologie de production de poudre d'acier, la poudre de titane avec une granulométrie plus fine est plus difficile à produire. Lorsque la taille des particules diminue, la surface spécifique augmente et la teneur en éléments d'impureté augmente également.

Habituellement, la taille des particules de poudre de titane utilisée dans le MIM est inférieure à 45 μm. Lorsque la granulométrie de la poudre est trop importante, le phénomène de séparation poudre-liant est susceptible de se produire lors du processus d'injection, entraînant des défauts. Il doit être pleinement pris en compte dans la conception de la composition du matériau d'injection et la conception du moule.

Fig.3 Poudre de titane HDH (a) et atomisée au gaz (b) utilisée dans le MIM

1.2 Classeur

Le liant est un support qui existe par étapes tout au long du processus de moulage par injection. Sa fonction principale est de faire en sorte que la poudre remplisse uniformément le moule à l'état fluide, forme la forme souhaitée et la maintienne jusqu'à l'étape de pré-frittage.

Dans le processus de moulage par injection, le liant doit avoir les caractéristiques suivantes : point de fusion bas, bonne mouillabilité aux particules de poudre et durcissement rapide, ce qui est pratique pour la préparation de matériaux d'injection ; bonne fluidité à température d'injection ; après moulage Il peut être facilement retiré du corps vert, et il y a moins de substances résiduelles, et les produits de décomposition sont non toxiques et non corrosifs.

En général, le composant liant contient au moins un composant primaire et un composant secondaire :

Le composant principal est utilisé pour mouiller les particules de poudre métallique et fournir la fluidité nécessaire, tandis que le composant secondaire garantit que le corps d'injection a encore une résistance suffisante pendant le processus d'injection et après le retrait du composant principal de liant.

Dans la plupart des cas, le système de liant a un troisième composant, tel qu'un tensioactif, pour améliorer la compatibilité entre la poudre métallique et le polymère.

Selon les composants principaux des composants adhésifs, les systèmes adhésifs couramment utilisés peuvent être divisés en systèmes à base de cire, systèmes à base de composés aromatiques, systèmes à base de polyoxyméthylène et systèmes à base d'eau.

1.2.1 Adhésif à base de cire

Les cires couramment utilisées pour les liants de système à base de cire comprennent plusieurs polymères à chaîne courte tels que la paraffine, la cire d'abeille et la cire de palme. Ils ont des points de fusion bas, une bonne mouillabilité, des chaînes moléculaires courtes et une faible viscosité, et leurs changements de volume sont plus faibles que les autres polymères lorsqu'ils sont décomposés. , ce qui est bénéfique pour assurer la précision dimensionnelle du produit.

Les composants secondaires couramment utilisés des systèmes à base de cire sont le polypropylène, le polyéthylène, le copolymère éthylène-acétate de vinyle et le polyméthacrylate de méthyle de poids moléculaire élevé, etc. En plus de la cire et du liant de squelette, des agents tensioactifs, tels que l'acide stéarique, améliorer la compatibilité entre la poudre et le polymère.

Le premier système de liant à base de cire rapporté dans la littérature était Kaneko et al. l'utilisation de paraffine-poly-méthacrylate de n-butyle-copolymère d'acétate de vinyle d'éthylène-phtalate de dibutyle comme liant à mélanger avec de la poudre de titane pour préparer des matériaux d'injection. , chargement de poudre de 56 % et fritté à 1300 degrés et 1,3 Pa après le décollement. L'échantillon fritté obtenu a une densité relative de 94 % et une résistance à la compression de 1 000 MPa, mais n'a presque aucune ductilité en raison d'une teneur en impuretés trop élevée.

ont étudié un procédé de décollement en deux étapes combinant un décollement sous vide et un décollement sous atmosphère d'argon, qui réduisait significativement la teneur en carbone et en oxygène dans les pièces frittées.

Guo et al. remplacé une partie de la paraffine par du polyéthylène glycol avec une meilleure mouillabilité, développé un système liant paraffine-polyéthylène glycol-polyéthylène-polypropylène-acide stéarique, et l'a utilisé dans le moulage par injection de titane pur et d'alliage titane-aluminium-vanadium, les pièces frittées ont une bonne rétention de forme et de petites fluctuations dimensionnelles. En raison de la réduction de la teneur en oxygène et en carbone, les performances sont également grandement améliorées et de meilleures performances sont obtenues.

De plus, certains chercheurs utilisent la cire de palme pour remplacer partiellement la paraffine et l'huile de palme pour remplacer complètement la paraffine [14] pour les systèmes de liant à base de cire, et l'effet de formation est également très bon, mais parce que l'élément oxygène contenu dans la cire de palme elle-même est également Source d'oxygène, donc la teneur en carbone et en oxygène du produit final est légèrement plus élevée et les propriétés mécaniques ne sont pas aussi bonnes que le système de paraffine.

Le système de liant optimal à base de cire rapporté dans la littérature a été proposé par Friederici et al. . Au cours de l'expérience, les rapports de paraffine, de polyéthylène basse densité et d'acide stéarique ont été ajustés pour former quatre rapports de liant. Grâce aux processus de formage, de décollement et de frittage de différents matériaux d'injection, des échantillons avec une densité relative de 98,1 % et une composition chimique satisfaisant le titane pur secondaire ont été obtenus.

Le système de liant à base de cire occupe une place importante dans le moulage par injection, mais comme le système de liant à base de cire utilise des solvants organiques pour le décollement des solvants et a une faible efficacité de dégraissage, les chercheurs continuent d'innover sur cette base et de développer de nouveaux adhésifs. système d'agents.

1.2.2 Adhésifs à base de composés aromatiques

Les composés aromatiques (tels que le naphtalène, l'anthracène, etc.) peuvent être dissous à très basse température. Dans des conditions de basse pression, ils peuvent être directement transformés de solides en gaz par sublimation à une température inférieure à leur point de fusion. Les composés aromatiques sont utilisés comme liants. La séparation peut grandement améliorer l'efficacité du processus de décollement.

Weil et al. composés aromatiques utilisés dans le moulage par injection de poudre de titane. Dans ses recherches, des alliages denses de titane-aluminium-vanadium et des alliages poreux de titane-aluminium-vanadium ont été préparés en utilisant du naphtalène, 1 % d'acide stéarique et 3 % -12 % de copolymères éthylène-acétate de vinyle comme liants.

Au cours de l'expérience, puisque le naphtalène a été directement sublimé en gaz et déchargé, aucune phase liquide n'est apparue pendant le processus de décollement, et le volume de l'échantillon n'a pas changé, et contrairement au dégraissage par solvant, l'énergie de surface impliquée dans la méthode de sublimation était faible, ce qui signifiait commun les défauts de dégraissage tels que les déformations. , la fissuration, etc. peuvent être évités, l'expérience a finalement obtenu la densité relative de l'échantillon fritté de 96,6 % et la teneur en carbone n'a pas augmenté.

Bien que le système de liant ait atteint d'excellentes performances de produit, les composés aromatiques du système ont toujours un impact sur l'environnement et la santé physique, et n'ont pas été suivis par la recherche et les applications à grande échelle.

1.2.3 Adhésif à base de POM

Le polyoxyméthylène a été utilisé pour la première fois dans le système adhésif par Celanese Corp en 1984, puis développé par BASF, ce qui a permis aux composants adhésifs de ne contenir ni cire ni composants de faible poids moléculaire.

Le polyoxyméthylène est le composant principal du système de liant, et le polyéthylène (PE) est progressivement ajouté en tant que liant squelette dans le processus de développement ultérieur.

Sur la base de ce système de liant, BASF forme actuellement des composés de moulage par injection couvrant une large gamme de matériaux, y compris les aciers faiblement alliés, les aciers inoxydables, les aciers à outils, le titane et les alliages de titane et les céramiques.

La caractéristique remarquable du polyoxyméthylène est qu'il est plus sensible aux réactifs acides et qu'il est sujet à la décomposition acide. Par conséquent, en traitant le corps vert dans une atmosphère acide inférieure à sa température de ramollissement, le polyoxyméthylène est à l'état solide, ce qui évite les défauts tels que les fissures et l'expansion causées par l'ébullition des composants du liant, et présente une faible déformation et une bonne rétention de forme. . Contrôle précis de la taille.

De plus, en raison du taux de diffusion important, par rapport aux autres méthodes de dégraissage, le taux de dégraissage est plus élevé, pouvant atteindre 10 fois le taux de décollement des solvants traditionnels, tout en permettant un décollement de taille plus épaisse.

Bien que le système adhésif à base de POM présente de nombreux avantages ci-dessus, il présente également de nombreux inconvénients.

La vapeur d'acide nitrique corrosive est souvent utilisée comme catalyseur dans le processus de décollement catalytique. D'une part, le polyoxyméthylène peut se décomposer pendant les étapes de préparation de pré-injection et de moulage par injection, entraînant du formaldéhyde hautement toxique, et les produits de décomposition doivent être brûlés en deux étapes. En revanche, l'atmosphère acide qui joue un rôle de catalyseur est plus corrosive pour les équipements et nécessite plus d'investissement.

1.2.4 Adhésifs à base d'eau

Les solvants déliants (tels que l'heptane et l'hexane) ou les produits de décomposition des composants du liant (monomères aromatiques et formaldéhyde) utilisés dans les systèmes liants précités sont plus ou moins nocifs pour l'environnement et les opérateurs. Par conséquent, il est très important de développer un système de liant utilisant des solvants respectueux de l'environnement.

Les systèmes de liants écologiques existants utilisent l'eau comme solvant déliant.

Selon les différents rôles de l'eau dans la préparation des matériaux d'injection, ces systèmes de liants peuvent être divisés en deux types : à base de gel et à base de non-gel.

Un polymère couramment utilisé pour les systèmes non à base de gel est le polyéthylène glycol, qui a de meilleures propriétés et est peu coûteux et facilement disponible. Les polyéthylène glycols de faible poids moléculaire peuvent être rapidement et presque complètement éliminés à 60 degrés, et les poids moléculaires des polyéthylène glycols couramment utilisés vont de 500 à 2000. Le liant de squelette couramment utilisé est le polyméthacrylate de méthyle d'un poids moléculaire de 10 000.

utilisé un composant liant soluble dans l'eau de polyéthylène glycol-polyméthacrylate de méthyle-acide stéarique à une charge de poudre de 69 %.

Dans l'expérience, le polyéthylène glycol a été complètement éliminé dans l'eau à 55 degrés pendant 5 h, et le polyméthacrylate de méthyle a été complètement éliminé dans un flux d'argon décollé chaud à 44 0 degrés. La teneur finale en oxygène (fraction massique) des échantillons préparés était de 0,2 %, la résistance à la traction correspondante était de 850 ~ 880 MPa et l'allongement était de 8,5 % ~ 16 %, ce qui répondait à la norme ASTM de grade 5 Ti.

La plupart des liants à base de gel sont des substances naturelles, telles que la cellulose, la gélose à l'amidon, etc.

Tokura a utilisé de l'agar pour remplacer le liant polymère dans le moulage par injection de poudre de titane et a étudié la stabilité thermique, la solubilité et la viscosité d'injection du système de liant.

Metal Powder Report (MPR) a rapporté une étude sur la production d'implants oraux en alliage de titane à l'aide d'adhésifs à base d'agar, qui se composaient d'agar, d'eau et de matériaux de renforcement en gel.

Suzuki et al ont préparé des échantillons avec une densité relative de 97,3 % en utilisant un liant contenant une fraction massique de 4 % d'agar (poids moléculaire 82 500), les fractions massiques de carbone et d'oxygène des échantillons étaient 0.33 pour cent et 0.3 pour cent, respectivement, et la limite d'élasticité était de 539 MPa. , l'allongement est d'environ 10 %. Les résultats expérimentaux montrent que lorsque l'agar de haut poids moléculaire est utilisé, la résistance du gel augmente, mais la teneur résiduelle en carbone et en oxygène est plus élevée, ce qui entraîne une diminution de la densité frittée des pièces frittées, ainsi qu'une résistance à la traction et un allongement plus faibles.

Les liants à base d'eau sans gel sont faciles à contrôler, l'équipement de dégraissage est moins cher que les autres méthodes de dégraissage, et les liants sont biodégradables et non toxiques pour les micro-organismes, mais le traitement des eaux usées de dégraissage nécessite des coûts supplémentaires.

Le contrôle de la taille des pièces finales produites par le matériau d'injection du système de liant à base de gel est difficile, et la composition n'est pas assez stable, et les conditions de traitement et le contrôle de la qualité sont difficiles, et des recherches et une optimisation supplémentaires sont encore nécessaires.

1.3 Moulage par injection, décollement et frittage

Les paramètres du processus de moulage par injection sont déterminés par les propriétés du matériau d'injection et la géométrie du produit cible.

Comme mentionné ci-dessus, la taille des particules de poudre de titane est généralement grossière. Comparé au moulage par injection de matériau en acier inoxydable, il est facile de produire un phénomène de séparation poudre-liant. Avant le moulage par injection, des paramètres de processus de moulage appropriés doivent être formulés en fonction des propriétés rhéologiques du matériau d'injection pour réduire les défauts dans le corps formé.

[Wang et al.] ont utilisé un alliage Ti – 6Al – 4V combiné à un système de liant à base de cire en poudre pour préparer des matériaux de moulage par injection, et ont testé et analysé les propriétés rhéologiques des matériaux d'injection sous différentes charges et températures de poudre, fournissant une base pour la formulation appropriée. paramètres de moulage pour le processus de moulage par injection. .

Parc et al. utilisé de la poudre de titane aérosolisée, de la poudre de titane HDH et de la poudre de titane HDH sphéroïdisée pour préparer des matériaux d'injection, et mesuré leurs propriétés rhéologiques et leur comportement de décollement, et proposé l'indice de formabilité des matériaux d'injection. Les performances ont été évaluées et les résultats d'analyse ont fourni une base théorique pour l'utilisation simultanée de poudre HDH et de poudre aérosolisée dans le système d'injection.

Sur la base d'un processus de simulation expérimental et numérique, les paramètres de processus optimaux pour la production de pièces moulées par injection de métal sans défaut avec les propriétés mécaniques souhaitées ont été discutés par Barriere et al., sur la base de techniques de modélisation utilisant des équations d'écoulement à deux phases et un nouveau développement L'algorithme explicite est utilisé pour réaliser la prédiction du phénomène de séparation de matière dans le processus d'injection en utilisant la simulation numérique.

Chen et al. utilisé la poudre pré-alliée d'hydrodéshydrodéshydrogénation Ti – 6Al – 4V et le système de liant soluble dans l'eau pour préparer les matériaux d'injection, puis mesuré le taux d'élimination du polyéthylène glycol, le composant liant soluble dans l'eau, dans des échantillons de différentes épaisseurs à différentes températures, et établi une formule. Un modèle mathématique de décollement contrôlé par diffusion a été utilisé pour déterminer le mécanisme de décollement du système de liant.

Sidambe et al. ont utilisé la méthode de Taguchi pour déterminer la combinaison optimale de paramètres tels que la température de frittage optimale, le temps, la vitesse de chauffage et l'atmosphère.

Ni et al. utilisé la stéarine de palme et le système de liant polyéthylène pour préparer le matériau d'injection Ti-6Al-4V, et utilisé la méthode Taguchi pour formuler le processus de production optimal, et enfin obtenu un échantillon avec une limite d'élasticité de 934,4 MPa et une allongement de 10 pour cent. Les propriétés globales répondent aux exigences spécifiées dans la norme ASTM B348-02 Medical Titanium Alloys.

Obassi et al. préparation d'échantillons Ti–6Al–4V avec des propriétés répondant aux exigences de la norme ASTM B348–02 en alliage de titane grade 23, et étude de l'effet des changements dans le système de paramètres de processus de base sur le processus de déliantage thermique et de frittage des composants MIM en poudre Ti–6Al–4V .

Limberg et al. préparé Ti–45Al–5Nb–0.2B–0.2C en mélangeant des poudres élémentaires pendant le processus de moulage par injection, et étudié les effets du temps de frittage et de l'atmosphère de frittage sur les propriétés de traction et la microstructure, et obtenu des propriétés anti-résistance. Un échantillon avec une résistance à la traction d'environ 630 MPa.

Guo et al. préparé des matériaux en titane pur et Ti–6Al–4V par la technologie de moulage par injection, étudié l'effet des processus de traitement thermique tels que le pressage isostatique à chaud et le recuit sur les propriétés des matériaux d'alliage, et caractérisé qualitativement l'effet du traitement thermique au moyen de la microstructure et des propriétés mécaniques essai. et caractérisation quantitative, sa microstructure est illustrée à la figure 4.

Le matériau d'injection est préparé en mélangeant de la poudre de titane atomisée au gaz, de la poudre de titane hydrogénée et un système de liant à base de cire. Après moulage par injection, le solvant est délié dans un mélange d'heptane et d'éthanol, et la température est portée à 350, 420, après maintien à 600 degrés, le liant a été complètement éliminé et la température de frittage était de 1230 degrés pendant 3 h. Enfin, les propriétés de traction des échantillons frittés étaient de 389-419 MPa et l'allongement était de 2 % -4 % .

Les membres de ce groupe de recherche ont utilisé la poudre de titane atomisée au gaz et le système de liant soluble dans l'eau pour préparer des échantillons de titane pur, et ont étudié les effets de la température de frittage et du temps de maintien sur les propriétés des échantillons de titane pur. Vide de 3 Pa, température de frittage de 1350 degrés et allongement de 20,3 % après maintien pendant 3 h, ce qui est entièrement conforme à l'échantillon optimal de performance de la métallurgie des poudres ASTM F2989-13, densité relative 96,9 %, résistance à la traction 443 MPa, grade biomédical II étalon de titane pur.

Fig.4 Microstructures d'échantillons de Ti (a) et Ti-6Al-4V (b) préparés par des matières premières à base de cire

2 Nouveaux matériaux de moulage par injection de titane et d'alliage de titane

Le titane et les alliages de titane sont actuellement largement utilisés dans les dispositifs orthopédiques, liés à la stomatologie et les implants médicaux, mais en raison de la différence entre leurs propriétés mécaniques et les propriétés mécaniques de l'os humain (le module d'élasticité est d'environ 20 GPa), il est produit au niveau de l'os /interface implantaire. L'effet de protection contre le stress, entraînant des effets cliniques à long terme, peut être fortement compromis, comme le montre la figure 5.

Par conséquent, les chercheurs ont ajusté les propriétés mécaniques des matériaux en titane en modifiant la structure et la composition de l'alliage des matériaux en titane pour les rapprocher de la structure et des propriétés des os humains naturels.

Fig.5 Comparaison du module d'élasticité des alliages de titane biomédicaux

2.1 Matériaux poreux en titane et composites titane-céramique

Les matériaux en titane poreux et les nouveaux matériaux du système d'alliage de titane ont une structure de pores et des propriétés mécaniques appropriées, et sont des matériaux d'implant idéaux pour le remplacement orthopédique.

D'une part, il peut réduire efficacement l'inadéquation des contraintes entre l'implant et le tissu osseux, réduisant ainsi l'effet de protection contre les contraintes et réalisant la fonction durable et efficace de l'implant ; d'autre part, la structure poreuse est une condition nécessaire à la croissance des cellules osseuses dans l'implant. La structure poreuse interconnectée peut permettre le passage d'une grande quantité de fluides corporels, ce qui peut favoriser davantage la croissance des cellules osseuses.

Gu et al. formé un nouveau type d'alliage TC4 avec une structure à pores ouverts en ajoutant du TiH2 à une poudre d'élément titane-aluminium-vanadium comme agent moussant et agent actif. La distribution de la taille des pores est uniforme, la taille des pores est de 90 à 190 μm et la porosité est d'environ 43 % à 59 %. , le module d'élasticité varie de 5,8 à 9,5 GPa. Engin et al. [35] ont utilisé le moulage par injection de poudre (PIM) combiné à la technologie des agents porogènes pour préparer des alliages de titane microporeux et ont étudié l'effet de la quantité d'agent porogène polyméthacrylate de méthyle sur la densité et la résistance à la compression de l'alliage. et le module d'élasticité.

Tuner et al. utilisé la poudre sphérique atomisée, la poudre de titane HDH et le système de liant à base de cire, en ajoutant une certaine quantité de NaCl et de KCl comme agents porogènes, pour étudier l'effet de la poudre initiale sur les performances du produit de titane poreux final, et en outre en ajustant l'agent porogène. Selon le dosage de l'agent, le matériau en titane poreux avec la porosité et la taille de pore requises de l'implant médical peut être obtenu, et la composition chimique du matériau peut répondre à la norme du titane pur tertiaire.

Chen et al. ont utilisé du NaCl comme agent porogène combiné à une injection à base de cire de poudre de titane hydrogénée pour préparer des échantillons de moulage par injection. En ajustant la quantité de NaCl, un trou communicant peut être formé à l'intérieur de la partie d'injection, et ses propriétés mécaniques sont similaires à celles de l'os spongieux.

Barbosa et al. a d'abord utilisé la poudre de Fe22Cr pour tester les propriétés rhéologiques des matériaux d'injection de différents systèmes de liants. Selon les résultats des tests de performance, un système de liant à base de cire approprié a été sélectionné, puis combiné avec de la poudre de Ti et un agent porogène NaCl pour le pressage à chaud et le moulage par injection multi-composants. , un composant d'implant rachidien avec un noyau poreux externe dense et un gradient de porosité a été préparé par dégraissage et frittage.

Fig.6 Composant de moulage par injection en titane poreux utilisant du NaCl comme espaceur

L'hydroxyapatite (HA) présente des avantages uniques dans le remplacement osseux et la reconstruction osseuse en raison de sa composition chimique et de sa structure cristalline en tant que tissu osseux humain naturel, et a commencé à jouer un rôle de plus en plus important dans les dispositifs biomédicaux. .

Cependant, l'HA est cassant et a de mauvaises propriétés mécaniques, il ne peut donc pas être utilisé seul comme composant porteur. Par conséquent, un nouveau type de matériau biomédical composé de matériau HA et de titane a émergé.

Thian et al.] ont étudié la préparation de composites Ti6Al4V/HA par moulage par injection. Tout d'abord, la poudre composite Ti6Al4V/HA a été préparée par la méthode de précipitation céramique, puis la poudre préparée a été mélangée avec le liant commercial PAN-250S pour préparer le matériau d'injection. Les propriétés rhéologiques du matériau d'injection ont été testées et la vitesse de chauffage pendant le processus de décollement a été étudiée. L'influence du débit gazeux de l'atmosphère de déliaison et de l'atmosphère de déliaison sur les défauts de la pièce déliée, la quantité de déliantage et la teneur résiduelle en carbone ; l'influence des paramètres du processus de frittage (vitesse de chauffage, température de frittage, temps de maintien, vitesse de refroidissement, etc.) La porosité de l'échantillon obtenu était d'environ 50 % ; en outre, le processus de dégradation biologique du matériau Ti6Al4V/HA préparé dans l'environnement des fluides corporels a été analysé et caractérisé par les résultats des tests de propriétés mécaniques.

2.2 Nouveaux matériaux en alliage de titane

Le domaine biomédical est une branche importante de l'application des matériaux en titane, et sa direction de la demande d'application affecte directement la tendance de développement des matériaux en titane.

Les premiers matériaux en titane sont principalement du titane pur (phase), mais les matériaux en titane pur ont une faible résistance et une faible résistance à l'usure, puis développent une résistance élevée et une ténacité élevée plus le type représenté par l'alliage Ti6Al4V, Ti6Al7Nb et Ti5Al2.5Fe.

Aust et al. fabriqué avec succès des matériaux de vis à os avec d'excellentes performances à l'aide d'un système de liant à base de poudre et de cire Ti6Al7Nb (paraffine plus PE plus acide stéarique), comme le montre la figure 7, avec une densité relative de 97,6 %, une résistance à la traction de 815 MPa et un rendement force de 714 MPa. Allongement 8,7 % .

Les résultats de la recherche montrent que les éléments d'alliage tels que Al et V dans l'alliage titane-aluminium-vanadium et l'alliage titane-aluminium-niobium largement utilisés libèrent des ions éléments cytotoxiques Al et V après l'entrée de l'implant dans le corps humain, causant des dommages au corps humain . .

En conséquence, les chercheurs ont réalisé une série de développements d'une nouvelle génération de système d'alliage de -titane contenant Nb, Ta, Zr, Mo, Sn et d'autres éléments de biosécurité sans éléments Al et V.

À l'heure actuelle, les alliages de bio-titane qui ont été développés et étudiés comprennent principalement Ti-15Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-35Nb-7 Zr-5Ta, Ti-12Mo-6Zr-2Fe, Ti-35.3Nb-5.1Ta-7.1Zr et Ti- 29Nb-13Ta-4.6Zr et al [44]. En raison des limites de la technologie de broyage et d'autres aspects, ces systèmes d'alliage sont rarement utilisés dans les processus de moulage par injection de poudre.

Zhao et al. mené des expériences de moulage par injection en utilisant de la poudre de titane et de la poudre de niobium, et préparé avec succès un alliage biphasé TiNb avec une densité relative d'environ 95 %. Par le test des propriétés mécaniques des corps crus, des pièces décollées et des pièces frittées, ainsi que par le frittage avec différentes teneurs en composition d'alliage L'effet de la teneur en Nb sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l'alliage a été étudié en comparant l'observation et la comparaison des microstructure de l'alliage.

Arockiasamy et al. préparé l'alliage Ti5Fe5Zr en ajoutant des éléments Fe et Zr à la poudre de titane pur HDH, et mesuré les propriétés mécaniques de l'alliage. mécanisme.

Vis à os Ti6Al7Nb préparée par MIM

3. Perspectives

La faible densité, la résistance spécifique élevée, l'excellente biocompatibilité et la résistance à l'oxydation, ainsi que la bonne résistance à la corrosion du titane et des alliages de titane en font d'excellentes applications dans l'aérospatiale, la médecine, la chimie, l'automobile et les biens de consommation courante. Potentiel de développement.

Comparé aux techniques de traitement traditionnelles, telles que le forgeage, le moulage et l'usinage, le moulage par injection de poudre présente des avantages évidents, une composition d'alliage uniforme, un taux d'utilisation élevé des matières premières et une forte capacité de production de pièces complexes à grande échelle, ce qui peut grandement favoriser la production de titane. et produits en alliage de titane. et application.

Bien que des progrès aient été réalisés dans la recherche sur le moulage par injection de titane et d'alliages de titane, dans le processus de production industrielle actuel, le prix des matières premières en poudre de haute qualité est relativement élevé, la transformation et l'application de nouveaux systèmes d'alliage de titane de haute qualité au moulage par injection est insuffisante, et il est difficile de contrôler la composition chimique des produits. Une série de problèmes, parfois plus importants, restent à résoudre.

De plus, avec le développement rapide de la technologie des micro-systèmes ces dernières années, la demande de composants micro-complexes utilisés dans les micro-systèmes ne cesse d'augmenter. Le moulage par injection de poudre doit être transféré des types de produits traditionnels aux micro-produits et développé en micro-injection de poudre. technologie de formage.

À l'heure actuelle, la plupart des technologies de moulage par micro-injection se concentrent sur les polymères, l'acier inoxydable et d'autres systèmes de matériaux. Il reste encore de nombreux problèmes à étudier dans le moulage par micro-injection du titane et des alliages de titane.

Par conséquent, le développement de la recherche sur le moulage par injection de titane et d'alliages de titane devrait se concentrer sur la recherche et le développement de nouveaux systèmes d'alliage de titane, le développement d'une technologie de préparation de poudre d'alliage de titane de haute qualité à faible coût et la recherche sur le moulage par micro-injection de titane. matériaux adaptés aux dispositifs micro et complexes.

Grâce à la recherche approfondie sur la technologie de moulage par injection de titane et d'alliage de titane, on pense que la technologie de moulage par injection de titane et d'alliage de titane fera de grands progrès, puis favorisera le développement rapide de l'industrie du titane.

Processus de post-coulée

1. Traitement thermique : recuit, carbonisation, revenu, trempe, normalisation, revenu de surface

2. Équipement de traitement : CNC, WEDM, tour, fraiseuse, perceuse, rectifieuse, etc.

3. Traitement de surface : pulvérisation de poudre, chromage, peinture, sablage, nickelage, galvanisation, noircissement, polissage, bleuissage, etc.

Moules et appareils d'inspection

1. Durée de vie du moule : généralement semi-permanent. (sauf mousse perdue)

2. Délai de livraison du moule : 10-25 jours (selon la structure et la taille du produit).

3. Maintenance de l'outillage et des moules : Zhongwei est responsable des pièces de précision.

Contrôle de qualité

1. Contrôle de la qualité : le taux de défectueux est inférieur à 0,1 %.

2. Les échantillons et les essais seront inspectés à 100 % pendant la production et avant l'expédition, l'inspection des échantillons pour la production de masse conformément aux normes ISDO ou aux exigences du client

3. Équipement d'essai : détection des défauts, analyseur de spectre, analyseur d'image dorée, machine de mesure à trois coordonnées, équipement d'essai de dureté, machine d'essai de traction.