第一性原理计算在新型医用金属材料中的应用研究进展 被引量：5

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作者 赵曦 王昌 +4 位作者 刘汉源 麻西群 程军 余森 于振涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第A02期530-534,共5页

医用金属材料以其优良的综合性能,在生物医用材料领域占有越来越重要的地位。第一性原理方法作为目前合金微观组织研究中应用最广泛的理论计算方法,不依赖任何经验参数,即可为合金化设计提供理论基础。本文首先介绍了第一性原理计算的... 医用金属材料以其优良的综合性能,在生物医用材料领域占有越来越重要的地位。第一性原理方法作为目前合金微观组织研究中应用最广泛的理论计算方法,不依赖任何经验参数,即可为合金化设计提供理论基础。本文首先介绍了第一性原理计算的理论及方法,然后详细综述了第一性原理计算在设计新型医用钛合金和可降解镁合金中的研究应用现状,最后指出了其在医用金属材料设计中存在的问题及应用方向。 展开更多

关键词 医用金属材料 第一性原理 合金化元素 力学性质

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植介入用精细金属丝材及其异质材料焊接技术研究进展 被引量：8

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作者 申琦 余森 +3 位作者 牛金龙 汶斌斌 刘少辉 于振涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第13期2127-2132,共6页

随着生物医疗技术的不断进步以及微创手术的快速发展,植介入医疗器件对精细金属材料的需求量不断增加。医用导丝、心脏起搏器导线、功能性电刺激装置、牙矫正器、耳蜗植入装置等医疗器件,根据其植入尺寸及功能作用,都要求采用直径50~500... 随着生物医疗技术的不断进步以及微创手术的快速发展,植介入医疗器件对精细金属材料的需求量不断增加。医用导丝、心脏起搏器导线、功能性电刺激装置、牙矫正器、耳蜗植入装置等医疗器件,根据其植入尺寸及功能作用,都要求采用直径50~500 μm不等的精细丝材进行加工。传统医用金属丝材如316不锈钢、NiTi形状记忆合金、TC4等均含有Cr、Ni等毒性元素。这些医用金属丝材植入人体后,总会产生腐蚀与磨损,造成毒性元素的析出,极易引起炎症反应,对人体健康造成较大的危害。因此,近年来研究人员从选择合适的替代元素和优化制备工艺方面不断尝试改善医用金属丝材的性能,并取得了丰硕的成果,在保持高强低模的同时消除了毒性元素带来的危害。此后,出现了一批新型医用金属丝材,包括:Fe-17Cr-14Mn-2Mo-(0.45~0.7)N医用奥氏体不锈钢、Ti-22Nb-Fe合金、新型β钛合金等。尺寸的细小化对医疗装置中常用的异种材料的焊接技术提出了更高的要求。异种材料焊接的难点在于异种丝材化学成分的差异使得焊接过程易形成脆性化合物,从而恶化接头性能、降低焊接可靠性。近几年,研究人员对比固相连接、钎焊连接、熔化焊连接等多种焊接方法,发现微激光焊接方法具有能量密度高、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小、高温停留时间短、熔化金属量少、光束方向性好、能进行精密加工等特点,在焊接异种金属丝材时效果最好。同时通过工艺参数的优化、过渡层的填充、工装夹具的设计以及接头失效形式分析、焊接连接机理的讨论,研究人员主要对316LVM(Low-carbon vaccum melting)不锈钢丝材及TiNi形状记忆合金丝材异种金属材料微激光焊接进行了系统研究,并取得了一些研究成果,实现了异种丝材焊接接头可靠性的大幅提升。本文系统梳理了医用金属丝材的发展及应用状况,针对异种精细金属丝材焊接的难点,从焊接方法、工艺研究及连接机理三个方面分别介绍了植介入用异种金属丝材焊接技术的研究进展,同时对该领域未来研究方向进行了总结与展望,以期为制备高可靠性的生物医用异质金属焊接接头提供帮助。 展开更多

关键词 植介入医疗器件 精细金属材料 异种材料 焊接 高可靠性

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医用可降解镁基复合材料的研究现状及趋势 被引量：2

3

作者 贺龙朝 荆磊 +2 位作者 余森 徐云浩 于振涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期323-326,共4页

镁的弹性模量与骨接近,其可降解性可避免病患二次手术风险,但医用镁及镁合金仍存在力学性能较差、腐蚀降解速率过快等问题。通过向镁基体中添加增强相制备镁基复合材料,其腐蚀降解速率、力学性能及生物相容性均较镁基体有所优化。本文... 镁的弹性模量与骨接近,其可降解性可避免病患二次手术风险,但医用镁及镁合金仍存在力学性能较差、腐蚀降解速率过快等问题。通过向镁基体中添加增强相制备镁基复合材料,其腐蚀降解速率、力学性能及生物相容性均较镁基体有所优化。本文综述了医用镁基复合材料的最新研究现状,并归纳总结了医用可降解镁基复合材料研究中面临的部分难题,论述了医用可降解镁基复合材料未来可能的发展方向。 展开更多

关键词 镁基复合材料 腐蚀降解性 力学性能 生物相容性 植入体

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热处理对TC18钛合金组织定量分析及性能影响规律研究

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作者 朱永成 杜赵新 +3 位作者 巩天浩 马琰 曾强 程军 《兵器材料科学与工程》 北大核心 2025年第1期7-12,共6页

为探究固溶+时效工艺对TC18钛合金组织、性能的影响规律。通过控制(α+β)两相区固溶温度来控制合金中初生相(αp)的体积分数,通过控制时效温度调控次生相(αs)的占比及尺寸,在定性分析工艺-组织-性能演变规律的基础上,通过MIPAR的深度... 为探究固溶+时效工艺对TC18钛合金组织、性能的影响规律。通过控制(α+β)两相区固溶温度来控制合金中初生相(αp)的体积分数,通过控制时效温度调控次生相(αs)的占比及尺寸,在定性分析工艺-组织-性能演变规律的基础上,通过MIPAR的深度学习模块对其进行高精度定量表征。结果表明:500℃时效时,随着固溶温度的升高(710~860℃),初生相(αp)体积分数降低约为45.03%,合金强度提高273.66 MPa,塑性降低了9.39%;550℃时效时,随着固溶温度的升高(710~860℃),初生相(αp)体积分数降低约为58.78%,合金强度提高367.72 MPa,塑性降低9.89%。结论:固溶处理可以控制初生相(αp)含量,从而影响合金塑性,而时效处理可以控制合金的次生相(αs)尺寸和含量,影响合金强度,通过制定高固溶温度和低时效温度来提升合金的综合性能。 展开更多

关键词 钛合金 热处理 显微组织 定量分析 深度学习

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选区激光熔化制备镁基材料研究进展 被引量：10

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作者 申琦 余森 +3 位作者 牛金龙 汶斌斌 刘辉 于振涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期278-282,共5页

镁基材料由于其较低的密度而主要用于开发轻质结构;同时,镁合金还具有优良的生物相容性,因此也用作骨替代植入物的生物可降解吸收材料。这些优势使得镁基材料在汽车、航空航天和生物医学领域的应用越来越广泛。而选区激光熔化(Selective... 镁基材料由于其较低的密度而主要用于开发轻质结构;同时,镁合金还具有优良的生物相容性,因此也用作骨替代植入物的生物可降解吸收材料。这些优势使得镁基材料在汽车、航空航天和生物医学领域的应用越来越广泛。而选区激光熔化(Selectivelasermelting,SLM)作为主要的增材制造技术之一,能够制造传统加工方法难以加工的个性化定制、结构复杂的金属部件。同时,随着各大巨头公司广泛涉足SLM加工领域,逐步开发SLM技术优势,相信该技术很快就会打开市场。因此,采用SLM技术制备镁基材料几乎势在必行。本文回顾了镁及镁基复合材料SLM的最新进展,详细讨论了SLM工艺参数和粉末性能对镁基材料成型质量、致密化以及力学性能的影响,总结了主要研究结果并指出了未来SLM方法制备镁基材料的方向和面临的挑战。 展开更多

关键词 镁基材料 选区激光熔化 生物医学

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生物医用可降解锌基合金的研究进展 被引量：9

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作者 代晓军 杨西荣 +3 位作者 王昌 徐鹏 赵曦 于振涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第21期3754-3759,共6页

锌基合金是近几年新兴的一种医用可降解材料,有望应用于心血管支架及骨植入等医疗器械。锌是人体必需的营养元素,具有良好的生物相容性及适宜的体内降解速率,作为可降解合金的基体有很广的应用前景。然而,生物可降解锌基合金的设计、加... 锌基合金是近几年新兴的一种医用可降解材料,有望应用于心血管支架及骨植入等医疗器械。锌是人体必需的营养元素,具有良好的生物相容性及适宜的体内降解速率,作为可降解合金的基体有很广的应用前景。然而,生物可降解锌基合金的设计、加工、强化及降解机理等研究尚处于起步阶段,还需要做大量的基础研究工作。本文以最终医疗器械产品的理想标准要求为切入点,从生物相容性、力学性能及抗腐蚀性能等方面对近几年医用锌基合金的研究成果进行了综述分析,并展望了其未来的发展方向。 展开更多

关键词 锌基合金 生物可降解 生物相容性 力学性能 抗腐蚀性

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医用镁合金的力学性能研究进展 被引量：7

7

作者 刘印 王昌 +2 位作者 于振涛 盖晋阳 曾德鹏 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第A01期288-292,共5页

医疗与健康的需求对医用材料提出了更高的要求。镁合金因在人体内可降解并具有良好的生物相容性及与骨相近的弹性模量而有望成为新一代医用金属材料。然而镁合金作为植入物通常在不满服役期限前就已经失效,不能很好地满足植入物的力学... 医疗与健康的需求对医用材料提出了更高的要求。镁合金因在人体内可降解并具有良好的生物相容性及与骨相近的弹性模量而有望成为新一代医用金属材料。然而镁合金作为植入物通常在不满服役期限前就已经失效,不能很好地满足植入物的力学性能要求。因此,本文首先综述了合金化、热处理和塑性变形三种改善力学性能的方法,然后指出目前镁合金亟待解决的问题,最后对医用镁合金的应用前景进行了展望。 展开更多

关键词 镁合金 合金化 热处理 塑性变形 力学性能

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钪在轻合金中的强化机制与应用现状 被引量：2

8

作者 陈巧旺 林翰 +5 位作者 姜中涛 姜山 邓莹 敬小龙 程军 苏华 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期717-724,共8页

本文对钪元素在铝、镁和钛3种轻合金中的强化机制和应用现状进行了分析和对比。钪在铝合金中产生共晶反应,通过形成与基体共格的Al_(3)Sc相对合金的微观组织和力学性能产生影响。钪在镁合金中产生包晶反应,可通过αMg/βSc固态相变和中... 本文对钪元素在铝、镁和钛3种轻合金中的强化机制和应用现状进行了分析和对比。钪在铝合金中产生共晶反应,通过形成与基体共格的Al_(3)Sc相对合金的微观组织和力学性能产生影响。钪在镁合金中产生包晶反应,可通过αMg/βSc固态相变和中间相γMgSc来调控合金微观组织和力学性能。钪和钛之间不形成中间相,βSc和βTi之间可形成连续固溶体,αSc和αTi只能有限互溶。含钪铝合金已获得实际应用,含钪镁合金和含钪钛合金仍未见实际应用的公开报道。3种轻合金的最新国家标准中,均未推出含钪的合金牌号。 展开更多

关键词 钪 轻合金 相图 固溶度

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Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具设计 被引量：2

9

作者 王昌 余志远 +3 位作者 于振涛 汶斌斌 赵曦 王云 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第A02期350-354,共5页

基于Mg-3Zn-1Zr合金本构方程运用Defrom-3D软件对多种Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具参数的配合进行了有限元模拟分析。结果表明:挤压模入口圆角半径一定时,挤压模模角越大,挤压杆的载荷越小,挤压模圆锥段发生紊流现象越严重,挤压死... 基于Mg-3Zn-1Zr合金本构方程运用Defrom-3D软件对多种Mg-3Zn-1Zr合金细径管材的挤压模具参数的配合进行了有限元模拟分析。结果表明:挤压模入口圆角半径一定时,挤压模模角越大,挤压杆的载荷越小,挤压模圆锥段发生紊流现象越严重,挤压死区越大。挤压模入口圆角处的磨损最为严重,当挤压模模角为120°,挤压模入口圆角半径为2mm时,模具磨损最小,挤压载荷和模具应力也较小。工作带长度超过4mm时,随着工作带长度的增加,模具磨损深度显著增大,管材与模具易产生黏结,进而产生缺陷和变形不均匀。采用模拟优化的模具挤压出的Mg-3Zn-1Zr合金细径管材表面质量良好、尺寸精度高,说明基于Deform-3D有限元分析能够为实际模具设计与镁合金型材的生产提供可靠参考。 展开更多

关键词 Mg-3Zn-1Zr镁合金 细径管材 挤压模具 有限元模拟

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拉拔速度对空拉拔锌合金微管的影响 被引量：2

10

作者 王昌 余志远 +3 位作者 艾迪 赵利渊 何卫敏 于振涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第A02期540-543,共4页

运用deform-3D软件模拟了锌合金微管(Φ2.45mm×0.13mm)的空拉拔成形过程。研究了拉拔速度对锌合金微管表面质量、力学性能和尺寸精度的影响。结果表明:拉拔速度对微管的应变和应力影响非常大,进而直接影响其表面质量、力学性能和... 运用deform-3D软件模拟了锌合金微管(Φ2.45mm×0.13mm)的空拉拔成形过程。研究了拉拔速度对锌合金微管表面质量、力学性能和尺寸精度的影响。结果表明:拉拔速度对微管的应变和应力影响非常大,进而直接影响其表面质量、力学性能和尺寸精度。适当的拉拔速度可使多道次空拉拔锌合金微管的应变较均匀、最大等效应力和损伤值较低,从而减少皱缩和拉拔裂纹等缺陷,降低断裂倾向。锌合金微管具有均匀应变、较小等效应力的拉拔速度为22mm/s。实验结果很好地验证了模拟的结论:在模拟优化的拉拔速度下,空拉拔制备的锌合金微管具有较高的尺寸精度和力学性能,并且皱缩等缺陷较少。 展开更多

关键词 锌合金微管 空拉拔 有限元分析 拉拔速度

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一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe合金热变形行为 被引量：5

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作者 周强 程军 +1 位作者 于振涛 崔文芳 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期121-128,共8页

采用Gleeble-3800型热模拟试验机对一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe(质量分数/%)钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。变形温度范围为:655~855℃,应变速率范围为:0.001~10s^-1 ,最大真应变为0.8。根据实验数据,建立了该合金... 采用Gleeble-3800型热模拟试验机对一种新型近β型Ti-5.5Mo-6V-7Cr-4Al-2Sn-1Fe(质量分数/%)钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。变形温度范围为:655~855℃,应变速率范围为:0.001~10s^-1 ,最大真应变为0.8。根据实验数据,建立了该合金的高温流变应力模型,计算出热变形激活能约为255kJ/mol,并绘制出热加工图。结合热加工图与材料的显微组织分析可知,在高应变速率(1~10s^-1 )条件下变形时,在热加工图上表现为材料的功率耗散值(η)低,为失稳区域,易产生绝热剪切带与局部塑性流动、开裂等现象。在应变速率小于0.01s^-1 和相变点( T β)温度以下(655~755℃)进行热变形时,组织变化主要以动态回复为主;在应变速率小于0.01s^-1 和 T β以上(755~855℃)进行热变形时,组织发生动态再结晶,且随着温度的升高,新产生的再结晶晶粒逐渐长大。在相变点附近(755~770℃),变形速率为0.001~0.003s^-1 区域内变形时,功率耗散值达到最大值,组织发生动态再结晶,该区域为合金热变形的“安全区”。 展开更多

关键词 钛合金 热变形 流变应力模型 热加工图 流变失稳

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AZ31镁合金管材游动芯头拉拔有限元模拟 被引量：4

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作者 余志远 王昌 +3 位作者 汶斌斌 艾迪 刘汉源 于振涛 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第16期2778-2782,共5页

运用Deform软件模拟了AZ31镁合金管材游动芯头拉拔过程,并对比研究了模具锥角、定径带长度、变径带长度对拉拔管材成形性的影响。结果表明:在拉拔AZ31管材时,最大压应力出现在外模变径段与定径段过渡区,合适的模角配合不仅能降低拉拔力... 运用Deform软件模拟了AZ31镁合金管材游动芯头拉拔过程,并对比研究了模具锥角、定径带长度、变径带长度对拉拔管材成形性的影响。结果表明:在拉拔AZ31管材时,最大压应力出现在外模变径段与定径段过渡区,合适的模角配合不仅能降低拉拔力,还能提高尺寸精度。模具定径段长度对管材变形时的均匀性和拉拔力的影响较大,变径段长度对管材拉拔的影响较小。最终通过实验验证了模拟结果,制备出了尺寸精度高的AZ31镁合金管材。 展开更多

关键词 AZ31管材 游动芯头拉拔 有限元模拟 模具设计

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