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!

    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 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
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Глеб С. преподаватель, кандидат наук, доцент
    5 (158 отзывов)
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной с... Читать все
    Стаж педагогической деятельности в вузах Москвы 15 лет, автор свыше 140 публикаций (РИНЦ, ВАК). Большой опыт в подготовке дипломных проектов и диссертаций по научной специальности 12.00.14 административное право, административный процесс.
    #Кандидатские #Магистерские
    216 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Кормчий В.
    4.3 (248 отзывов)
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    Специализация: диссертации; дипломные и курсовые работы; научные статьи.
    #Кандидатские #Магистерские
    335 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
    Анна К. ТГПУ им.ЛН.Толстого 2010, ФИСиГН, выпускник
    4.6 (30 отзывов)
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помог... Читать все
    Я научный сотрудник федерального музея. Подрабатываю написанием студенческих работ уже 7 лет. 3 года назад начала писать диссертации. Работала на фирмы, а так же помогала студентам, вышедшим на меня по рекомендации.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету