课题基金 / 基金详情

铁镁非平衡合金人工骨的机械合金化与选区激光熔化制备机理研究

批准号:
51935014
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
帅词俊
依托单位:
学科分类:
成形制造
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
帅词俊

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
可降解金属如铁、镁、锌等在骨植入物领域被寄予厚望,不足之处在于铁降解速率过慢,而镁、锌等作为合金元素固溶于铁基体中能降低电极电位从而加快降解;但它们属于难互溶体系,常规方法难以使其形成固溶体。本研究旨在利用机械合金化的非平衡性和强制性突破相图极限,获得过饱和固溶体的难互溶合金粉末,再利用选区激光熔化升温速率快和作用时间短的特点避免合金元素从固溶体中析出,制备非平衡合金人工骨。在机械合金化过程中,拟揭示难互溶合金体系中原子扩散过程和过饱和固溶体形成原因及反应机理;查明合金粉末物相组成、颗粒形貌、尺寸和分布的关键影响因素;并优化机械合金化工艺参数。在选区激光熔化过程中,研究成型工艺参数对合金组织结构、成分以及致密化的影响;分析成形过程中微观结构演变过程和调控机理。探明人工骨中过饱和相的形成机制及其对相关力学与生物学性能的影响;并优化选区激光熔化工艺参数,为实现降解速率可控的非平衡合金人工骨的制备提供理论支撑。
英文摘要
Biodegradable metals, such as iron, magnesium and zinc, etc., are highly expected in the field of bone implants, while the defect is the too slow degradation rate of iron. Fortunately, magnesium, zinc, etc. can reduce the electrode potential of the alloy and so to improve the degradation performance when it is dissolved in the iron matrix as an alloying element. However, they are difficult miscibility system so it is hard to form homogeneous alloy by regular means. Therefore, this study aims to break through the limitation of phase diagram by utilizing the non-equilibrium and coerciveness of mechanical alloying, getting the immiscible alloy powders of supersaturated solid solution. And then to prepare the non-equilibrium alloy artificial bone utilizing the rapid heating rate and short action time feature of the selective laser melting to avoid the precipitation of alloying elements from the solid solution. In the process of mechanical alloying, we intend to reveal the atomic diffusion process in the immiscible alloy system and the formation reason and reaction mechanism of supersaturated solid solution and find out the key factors of phase composition, particle morphology, size and distribution of alloy powders. Besides, the process parameters of mechanical alloying are to be optimized. What's more, during selective laser sintering, the effects of molding parameters on microstructure, composition and densification of the alloy are studied and the evolution and regulation mechanism of microstructure while forming are analyzed. In addition, the evolution mechanism of supersaturated phase in artificial bone and its influence on relevant mechanical and biological properties are explored. Except from that, the laser melting process parameters are optimized. Those works provide theoretical support for the preparation of non-equilibrium alloy artificial bone with controllable degradation rate.
机械合金化与选区激光熔化相结合不仅突破了传统冶炼方法的局限,也为提高材料性能、制造复杂构件提供了有效途径。本项目面向世界科技前沿和人民生命健康需求,聚焦可降解难互溶合金人工骨制造面临的关键科学与技术问题,围绕机械合金化与选区激光熔化成形机理、非平衡结构形成与演变调控及生物力学性能评价开展了系统研究。主要研究工作和进展包括:系统研究了不同球磨工艺组配下机械合金化进程及其对难互溶合金粉体宏微结构的影响,揭示了机械合金化过程中难互溶合金原子扩散和非平衡结构形成机理,建立了高能球磨下铁、镁、锌等难互溶合金体系的固溶扩散模型,阐明了难互溶合金中非平衡结构的构建原理及调控方法,查明了机械合金化粉体宏微结构的关键影响因素及工艺优化准则,制备了粒径可控、晶粒细小、固溶度高的合金粉体,解决了可降解金属无法互溶与合金化的难题;完成了不同机械合金化粉体的激光成形工艺研究,揭示了激光高能快冷作用对人工骨致密化和成形质量的影响,阐明了激光成形中人工骨非平衡结构演变和调控策略,提出了引入纳米相、异质结构、原位反应等调控非平衡结构的方法,明确了组分配比和界面作用对非平衡结构的影响和作用机制,制备了具有过饱和固溶体、纳米相、异质结构等系列非平衡组织结构的合金人工骨;系统研究了不同非平衡结构下人工骨的力学与生物学性能,建立了[成分-工艺-结构-性能]关联规律和调控准则,形成了基于机械合金化+选区激光熔化组合工艺的可降解人工骨制造理论技术,从制造工艺上突破了高熔点差低温难互溶合金制备瓶颈,实现了系列非平衡合金人工骨的形性协同制造,为人工骨性能适配调控提供了新思路和研究支撑。
磁性纳米复合人工骨的激光增材制备及成骨机理研究
  • 批准号:
    81871494
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    帅词俊
  • 依托单位:
快速凝固镁合金骨支架的激光成形机理研究
  • 批准号:
    51575537
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    帅词俊
  • 依托单位:
拉锥制备光纤器件的<SiO2-GeO2>重构与传输精度的关联规律
  • 批准号:
    50605063
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    帅词俊
  • 依托单位:
国内基金
海外基金