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

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

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

    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 Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Евгения Р.
    5 (188 отзывов)
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и со... Читать все
    Мой опыт в написании работ - 9 лет. Я специализируюсь на написании курсовых работ, ВКР и магистерских диссертаций, также пишу научные статьи, провожу исследования и создаю красивые презентации. Сопровождаю работы до сдачи, на связи 24/7 ?
    #Кандидатские #Магистерские
    359 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Оксана М. Восточноукраинский национальный университет, студент 4 - ...
    4.9 (37 отзывов)
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политоло... Читать все
    Возможно выполнение работ по правоведению и политологии. Имею высшее образование менеджера ВЭД и правоведа, защитила кандидатскую и докторскую диссертации по политологии.
    #Кандидатские #Магистерские
    68 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету