鈦合金醫療零部件 | 鈦合金加工在醫療領域中的應用

　　鈦合金因其特性在眾多工業應用中占據重要地位。由于鈦合金具有高耐腐蝕性、低密度、高比強度和低楊氏模量等特性，鈦合金已成為醫療設備中不可或缺的生物材料，尤其是在骨科領域。通過銑削、車削和鉆孔等傳統加工工藝制造鈦合金時遇到的問題已廣為人知，并得到了廣泛研究。低導熱性、高化學反應性和高溫下的高硬度使其成為難以加工的材料。盡管人們已經對鈦合金的加工問題有了廣泛的了解，并不斷開發技術來克服這些問題，但仍無法像加工其他金屬一樣加工這種材料。本文基于 Scopus 和 Scholar 2010 年至 2020 年的研究，探討了與醫療設備制造中使用的鈦合金加工相關的主要問題，以及當前為解決這些問題所采取的解決方案。從查閱的研究中可以得出這樣的結論：銑削、車削和螺旋銑削的切削速度最高可達 100 米/分鐘，鉆孔速度最高可達 40 米/分鐘。至于進給速度，銑削和螺旋銑削可達 0.1 毫米/齒，車削可達 0.3 毫米/轉，鉆孔可達 0.1 毫米/轉。此外，最小量潤滑是緩解鈦合金加工問題的有效解決方案。

　　由于鈦合金具有優良的特性，其作為生物材料在醫療應用（如骨科和牙科植入物）中的使用越來越普遍。較高的耐腐蝕性、良好的強度重量比、較低的彈性模量、較高的生物相容性和較低的密度使鈦合金成為需要可靠性、性能和耐久性的部件的首選。

　　然而，由于鈦合金具有低導熱性、高硬度和高化學反應性，因此很難加工。這些因素導致切削工具快速磨損、加工區域表面質量差、生產率低，以及與高生產成本相關的不良經濟后果。

　　對于骨科植入物來說，用于醫療器械的加工部件的表面質量決定了它們與宿主的兼容性和骨結合性。要達到理想的粗糙度值，從而保證加工部件的質量，必須控制加工參數、切削工具的狀態和加工條件。

　　耐腐蝕、耐磨損和耐疲勞性與表面質量直接相關。上述問題是決定植入物在宿主體內壽命長短的決定性因素。

　　本文所介紹的工作的主要動機是對鈦合金的可加工性進行最新概述，其中參考了一些基于實驗測試的主要和最新研究工作。由于參考實驗中使用的切削參數接近或等同于當前生產中使用的參數，這就成為一種優勢，因為這樣可以縮小實驗室研究與工業實踐之間的差距。

　　本文首先介紹了鈦合金及其作為生物材料的用途。報告了有關銑削、車削、鉆孔和螺旋銑削等加工方面的研究工作。此外，還從冷卻和潤滑的角度探討了高速加工（HSM）和可持續性問題。最后，基于前面提出的主要方面對這項工作進行了總結。