Получение низкомодульного сплава системы Ti-Nb методом SLM

Здатченко, Валерия Юрьевна Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В процессе выполнения научно-исследовательской работы проводились исследования по разработке методики селективного лазерного сплавления Ti-Nb порошка. Проводилось выявления подходящих режимов для механической активации порошка Ti и Nb. Изучена морфология порошков Ti и Nb полученных плазмохимическим методом. В результате исследования получен ?-титановый сплав системы Ti-Nb методом SLM. Выявление оптимальных режимов сплавления позволит в дальнейшем использовать материалы системы Ti-Nb для получения имплантатов из системы порошков титана и ниобия.

Оглавление ……………………………………………………………………………………………………. 8
Введение ……………………………………………………………………………………………………… 11
1 Обзор литературы …………………………………………………………………………………….. 12
1.1 Режимы 3D печати методом SLM ………………………………………………………… 12
1.2 Формирование поверхностного оксидного слоя при SLM печати …………. 14
1.3 3D печать методом SLM сплава Ti-Nb …………………………………………………. 17
1.4 Структура и свойства сплавов на основе Ti полученных с помощью
аддитивных технологий ……………………………………………………………………………….. 18
1.5 Модуль упругости сплавов, полученных с помощью SLM технологии для
биомедицинского применения ……………………………………………………………………… 24
2 Методика проведения эксперимента………………………………………………………….. 35
2.1 Подготовка порошков системы Ti-Nb с помощью планетарной мельницы
«Активатор-2S» …………………………………………………………………………………………… 35
2.1.1 Проведение дисперсионного анализа порошков Ti и Nb ……………………. 37
2. 2 Экспериментальная установка для печати образцов «Луч-500» ……………. 38
2.3 Проведение растровой электронной микроскопии (РЭМ) ……………………….. 42
2.4 Проведение рентгеноструктурного анализа (РСА) ………………………………….. 43
2.5 Измерения нанотвердости и модуля упругости сплава системы Ti-Nb …….. 45
3 Экспериментальные результаты ………………………………………………………………… 46
3.1 Формирование морфологии и состава порошков для получения сплава Ti-Nb
с низким модулем Юнга ………………………………………………………………………………. 46
3.1.1 Морфология порошков Ti и Nb полученных плазмохимическим методом
(РЭМ) ……………………………………………………………………………………………………….. 46
3.1.2 Формирование морфологии и фазового состава смеси порошков Ti-Nb с
помощью механической обработки (РСА) …………………………………………………. 51
3.2 Получение сплава Ti-Nb с помощью технологии SLM…………………………….. 54
3.2.1 Печать единичного слоя порошка системы Ti-Nb …………………………………. 54
3.2.2 Точечная многослойная печать …………………………………………………………. 55
3.2.3 Печать многослойного образца …………………………………………………………. 56
3. 3 Структура и свойства сплава Ti-Nb с помощью технологии SLM …………… 57
3.3.1 Фазовый состав многослойного образца сплава Ti-Nb ……………………….. 58
3.3.2 Свойства многослойного образца сплава Ti-Nb …………………………………. 59
4 Финансовый менеджмент ресурсоэффективность и ресурсосбережение …….. 60
4.1 SWOT-анализ …………………………………………………………………………………………. 60
4.2 Разработка графика проведения научного исследования …………………………. 62
4.3 Инициация проекта ………………………………………………………………………………… 66
4.3.1 Цели и результаты проекта ……………………………………………………………….. 66
4.4 Диаграмма Исикава ………………………………………………………………………………… 68
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………….. 69
5.1 Производственная безопасность……………………………………………………………… 70
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект
исследования ……………………………………………………………………………………………. 70
5.1.2 Расчетная часть искусственного освещения в лаборатории ……………….. 71
5.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть в
лаборатории при проведении исследований …………………………………………………. 75
5.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия опасных и
вредных факторов ……………………………………………………………………………………….. 77
5.4 Экологическая безопасность …………………………………………………………………… 80
5.4.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду ………….. 80
5.4.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду ………… 81
5.4.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ………………… 81
5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………………… 82
5.5.1 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследований ……………………………………………………………………………………………. 82
5.5.2 Анализ вероятных ЧС, которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований …………………………………………………………………………. 82
5.5.3 Обоснование мероприятий по предотвращению ЧС и разработка порядка
действия в случае возникновения ЧС ………………………………………………………… 83
5.6 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………. 85
5.6.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя) правовые
нормы трудового законодательства …………………………………………………………… 85
5.6.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны
исследователя …………………………………………………………………………………………… 86
Заключение …………………………………………………………………………………………………. 87
Список публикаций ……………………………………………………………………………………… 88
Список используемых источников информации …………………………………………… 89
Приложение А …………………………………………………………………………………………….. 96
Приложение Б ……………………………………………………………………………………………. 121
Приложение В……………………………………………………………………………………………. 122

На данный момент за рубежом проводятся исследования по разработке
методики селективного лазерного сплавления порошков титана, ниобия и
нахождение оптимальных режимов сплавления, позволяющих обеспечить
высокую плотность образцов, отсутствие крупных макродефектов и низкий
модуль Юнга.
Данные порошки используются при изготовлении зубных имплантатов,
причем форма имплантатов индивидуальна для каждого пациента. Поиск
оптимальных параметров лазерного сплавления порошков является трудоемкой
задачей. Связано это с наличием множества параметров, которые возможно
менять в широких пределах [1-10].
В ходе проведения экспериментов в исследовательской работе по
направлению аддитивных технологий постоянно меняются основные
варьируемые параметры, для достижения лучших результатов. Основные
варьируемые параметры — это мощность излучения, скорость сканирования,
развертка и толщина слоя насыпаемого порошка [2]. Таким образом, изменяя
один параметр, необходимо подогнать остальные параметры чтобы сохранить
неизменную плотность мощности и энерговклад в единицу поверхности [3, 4].
Целью данной работы является получение низкомодульного сплава
системы Ti-Nb методом 3D печати. В соответствие с поставленной целью
необходимо решить следующие задачи:
 Отработать режимы подготовки сырья в шаровой мельнице.
 Разработать технологию печати на лазерном 3D принтере
«Луч-500».
 Изучить фазовый состав образцов.
 Получить порошки системы Ti-Nb необходимого
гранулометрического состава с помощью механической активации.
1 Обзор литературы

Выполнение данной работы позволило продвинуться в разработке
технологии получения низкомодульного сплава системы Ti-Nb методом 3D
печати. В ходе научно-исследовательского проекта были отработаны режимы
подготовки сырья в шаровой планетарной мельнице. Результаты показали, что
помол порошков в течении 10 минут не приводит к образованию большого
количества окислов и нитридов, при этом меняется форма частиц с неправильной
к полиэдрической форме, которая более оптимальна для 3D печати. Разработана
технология печати на лазерном 3D принтере «Луч-500» в Томском
политехническом университете. Работа показала, что печать при скорости
сканирования по первому проходу 100 мм/с, по контуру 200 мм/с не приводит к
образованию капельной структуры и к объединению частиц, а формирует
многослойный монолитный образец в котором присутствует малое количество
пор. Исследования структуры фазового состава показали, что полученные
образцы представляют собой эвтектическую смесь ниобия и β-титана, такая
структура является оптимальной с точки зрения применения в качестве
имплантатов и обладает низким модулем Юнга равным 103,46 ГПа.
Выводы по разделу «Финансовый менеджмент, ресурсоэфективность и
ресурсосбережение»: Проведен SWOT анализ сильных и слабых сторон научно-
исследовательской работы, выявлены возможности и угрозы для реализации
проекта. Разработан график проведения научного исследования и представлена
диаграмма определения причины-следствия проблем, которые могут возникнуть
при выполнении экспериментальной части проекта.
В разделе «Социальная ответственность» был проведён анализ вредных и
опасных факторов, которые могут возникнуть при выполнении научно-
исследовательской работы в лабораторных условиях связанной с получением
образцов из системы порошков Ti-Nb методом аддитивного производства.
Разработаны мероприятия при возникновений ЧС и мер по ликвидации их
последствий.
Список публикаций

1. Здатченко В. Ю. Использование SLS технологий для получения
сплава Ti-Nb-Zr // Современные технологии и материалы новых поколений:
сборник трудов международной конференции с элементами научной школы для
молодежи, Томск, 13 Октября 2017. – Томск: ТПУ, 2017 – С.290-292.
2. Здатченко В.Ю. Получение сплава Ti-Nb для биомедицинского
применения с помощью технологии SLM // Journal of Advanced Research in
Natural Science, North Charleston, USA, 16.05.2018. – Issue 5. 34 – 38 p.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Татьяна Б.
    4.6 (92 отзыва)
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские ди... Читать все
    Добрый день, работаю в сфере написания студенческих работ более 7 лет. Всегда довожу своих студентов до защиты с хорошими и отличными баллами (дипломы, магистерские диссертации, курсовые работы средний балл - 4,5). Всегда на связи!
    #Кандидатские #Магистерские
    138 Выполненных работ
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа

    Другие учебные работы по предмету