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工藝參數的匹配對牙科Ti
作者：高勃，嚴曉東，王忠義，陳靜【關鍵詞】 顯微組織結構
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的工藝參數對其成形性的影響，探索比較匹配的成形工藝參數. 方法： 采用正交設計的統計方法進行試驗分組，分別在不同的工藝參數的組合下進行TiZr粉末的單層單道熔覆試驗，測量其單層熔覆高度（H）和單道熔覆寬度（W），然后在優化了的工藝參數下進行多層堆積，觀察成形后TiZr合金的組織. 結果： 在激光功率與光斑直徑之比（P/d）為2.7 kW/3 mm，送粉器轉速(M)為90 r/min和數控機床的運動速度（V）為5 mm/s等參數下，TiZr粉末激光立體成形時具有較好的H和W,分別為826.61 μm和3504.61 μm. 電鏡顯示在該參數控制下成形的合金組織為均勻細致的定向快速凝固組織. 結論： 通過進行工藝控制，牙科TiZr合金粉末是一種可用于激光立體成形的新型材料.
【關鍵詞】 激光加工； 鈦鋯合金； 顯微組織結構
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制造技術［1］. 激光立體成形技術是在20世紀80年代末期出現的快速原型技術的基礎上結合自動送粉激光熔覆技術而發展起來的一項高新制造技術［2，3］. 將該技術用于口腔金屬修復體的加工具有傳統加工方法所無法比擬的優點［4,5］. 我們采用實驗方法測定不同激光能量密度、送粉速率和數控機床移動速度的下TiZr粉末的激光立體成形性，初步優化了TiZr粉末激光立體成形的工藝參數.
1材料和方法
1.1材料
西北工業大學凝固技術國家重點實驗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、JPSF1型高精度送粉器等設備組成; 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，流動性47.63 s/50 g，氧含量0.37%）等.
1.2方法
1.2.1實驗分組以激光能量密度（P/d）、送粉器轉速（M）和數控機床的運動速度（V）三個主要的工藝參數作為控制因素，從專業角度可以判定各因素之間無交互作用. 每個控制因素分為三個不同的水平，選擇正交設計表的1，2，3列，得到了三因素三水平的正交設計表進行統計學分組，共9組實驗，每組重復4次，共36次試驗（Tab 1）.表1激光立體成形試驗工藝參數的正交設計表（略）
1.2.2單層單道的熔覆實驗按照以上分組分別在Ti基材上進行單層單道的激光熔覆實驗. 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得到的相對匹配的工藝參數下進行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.
統計學處理：將所得數據輸入SPSS 11.0進行統計學分析. 得出相對比較匹配的工藝參數.
2結果
2.1各種工藝參數組合下的單層熔覆高度和單道熔覆寬度各組實驗單道寬度和單層高度的結果見Tab 2.表2各組實驗單道寬度和單層高度值（略）
SPSS 11.0正交設計方差分析的統計結果為：三個控制因素不同水平對單層熔覆高度和單道熔覆寬度的影響具有顯著的統計學差異（P
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