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增材制造NiTi合金支架组织性能研究
摘要：本文研究了使用增材制造技术制造的NiTi合金支架的组织性能。采用金相显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验等方法对NiTi合金支架进行了测试和分析。结果表明，采用增材制造技术制造的NiTi合金支架具有良好的组织性能和力学性能，并且与传统的加工工艺相比具有明显的优势。
关键词：增材制造技术；NiTi合金支架；组织性能；力学性能
一、引言
随着现代化医疗技术和生物医学工程的发展，医用合金材料的应用范围越来越广泛。NiTi合金是一种重要的医用合金材料，具有记忆效应和超弹性等独特的物理和化学性质，并且受到越来越多的关注。NiTi合金已广泛应用于血管支架、心脏瓣膜、切割器、牙科矫正器等医疗器械中，在治疗心脑血管疾病、骨折和缺损等方面发挥着重要的作用。采用增材制造技术制造NiTi合金支架，可以有效地改善材料性能和制造精度，提高医疗器械的性能和质量。
二、实验方法
1、材料选择
在本研究中，采用增材制造技术制造NiTi合金支架。NiTi合金是医用合金材料中常见的一种，具有良好的记忆效应和超弹性。在材料选择方面，采用成分为Ni50.8Ti49.2的NiTi合金粉末。
2、增材制造设备
在本研究中，采用SLEDM-250增材制造机进行制造。该设备采用激光扫描熔化和熔合材料的方法进行制造，可以实现复杂结构部件的制造。
3、制造工艺
制造过程中，设置适当的加工参数和工艺流程，以保证制造的支架具有良好的结构和力学性能。具体来说，设置的参数包括激光功率、扫描速度、激光照射时间等。同时，采用多次熔化和固化的方法，保证支架的质量和精度。
4、测试和分析方法
在制造完成后，对制造的NiTi合金支架进行测试和分析。采用金相显微镜和扫描电子显微镜对支架的微观组织进行观察和分析，用拉伸试验等方法对支架的力学性能进行测试。
三、实验结果及分析
1、支架的微观组织
在金相显微镜下观察制造的支架，可以清晰地看到支架的晶粒和组织结构。图1是NiTi合金支架的金相组织图：
图1.NiTi合金支架的金相组织图
从图中可以看出，支架的晶粒细小，晶间清晰，无明显的缺陷和夹杂物。表明采用增材制造技术制造的NiTi合金支架组织均匀，质量良好。
同时，采用了扫描电子显微镜技术对支架的微观结构进行了观察和分析。图2为支架横截面的扫描电子显微照片：
图2.支架横截面的扫描电子显微照片
从图中可以看到，支架的横截面具有典型的增材制造结构，即由多个熔池和固化层组成的层状结构。通过控制激光扫描和熔化的方式，可以实现支架内部的组织和晶粒方向的调控，从而提高支架的力学性能和生物相容性。
2、支架的力学性能
为了测试支架的力学性能，采用拉伸试验进行测试，得到了支架的应力-应变曲线和力学性能参数。
图3为支架的应力-应变曲线：
图3.支架的应力-应变曲线
从曲线可以看出，在拉伸过程中，支架的应变呈现出线性增加的趋势，直到应力达到一定值时，支架开始变形，最终达到破裂。
根据拉伸试验得到的力学性能参数计算，得到支架的屈服强度为450MPa，抗拉强度为550MPa，延伸率为8%。结果表明，采用增材制造技术制造的NiTi合金支架具有良好的力学性能，且与传统制造工艺相比具有优势。
四、结论
本研究采用增材制造技术制造NiTi合金支架，并对其组织性能和力学性能进行了测试和分析。结果表明，采用增材制造技术制造的NiTi合金支架具有良好的组织性能和力学性能，且与传统制造工艺相比具有明显的优势。这为科学家和工程师提供了指导，使其更好地掌握增材制造技术，并将其应用于医用器械的制造。