大塊金屬植入物材料中的應力屏蔽是由高剛性植入物和低剛性骨之間的剛度不匹配造成的。由於(yu) 應力屏蔽導致的骨吸收問題，植入物鬆動可能直接或間接發生，需要進行翻修手術。因此，許多研究人員做出了大量努力來提高材料的強度和韌性，主要目標是製造一種可以在人體(ti) 內(nei) 長時間運行，無需翻修手術的植入物。由於(yu) 上述問題，已經開發了多孔醫用鈦合金，這顯著降低了大塊鈦合金的彈性模量。近年來，選區激光熔化（SLM）技術為(wei) 特定患者創建具有多孔結構的複合支架。由SLM製備的鈦基多孔支架因其重量輕、強度高、彈性模量低、耐腐蝕性好、生物相容性好等優(you) 點，成為(wei) 骨植入物中最有前途的應用材料。

鈦合金通常應用於(yu) 人體(ti) 髖關(guan) 節，當人們(men) 在行走時，髖關(guan) 節和膝關(guan) 節將會(hui) 承受循環載荷。因此，有必要提高應用於(yu) 人體(ti) 內(nei) 鈦合金植入物的機械性能，特別是疲勞性能。疲勞機製導致鈦合金髖關(guan) 節假體(ti) 近90%的表麵斷裂。除了振蕩的機械負荷外，植入物材料還暴露於(yu) 生理液體(ti) 中，生理液體(ti) 由鹽水溶液組成，因此金屬植入物會(hui) 因腐蝕疲勞而失效。

雖然已經對降低固體(ti) 鈦合金疲勞壽命的腐蝕進行了廣泛的研究，但迄今為(wei) 止很少有關(guan) 於(yu) 多孔結構鈦合金植入物的研究報道。 銅是金屬中普遍存在的合金元素，也是人類健康所必需的微量元素。 在鈦合金中添加一定量的銅元素，可以賦予鈦合金抗菌性。 目前，關(guan) 於(yu) SLM製備的多孔Ti6Al4V-6Cu支架的疲勞行為(wei) 的信息還非常有限，無法確定其臨(lin) 床適用性。

近日，沈陽理工大學材料科學與(yu) 工程學院聯合中國醫科大學口腔醫學院、中國科學院福建物質結構研究所和中國科學院金屬研究所等研究人員，研究了激光選區熔化（SLM）製備多孔含銅（Cu）的鈦合金（Ti6Al4V）在空氣和0.9wt%NaCl溶液中的腐蝕疲勞行為(wei) ，基於(yu) 疲勞循環變化確定了疲勞裂紋起始點在循環應變曲線上的位置。表明裂紋在高應力和0.9wt%NaCl溶液狀態下加速擴展，主要為(wei) 晶間斷裂。Ti2Cu相在晶界附近沉澱析出使得多孔Ti6Al4V-6Cu樣品具有更高的疲勞強度和更長的疲勞使用壽命。

因此這項研究從(cong) 裂紋萌生和擴展的角度研究了SLM製備多孔Ti6Al4V-6Cu合金的疲勞性能以及在0.9wt%NaCl溶液中的腐蝕疲勞行為(wei) 。同時將其與(yu) 多孔Ti6Al4V合金進行了比較。 利用商用的Ti6Al4V粉末和純銅粉末為(wei) 原料，在德國ConCEPT Laser GmbH增材製造機器上成形樣品，樣品為(wei) 直徑20-40 mm的Ti6Al4V-6Cu。 在SLM打印之前，通過球磨將粉末徹底混合2小時。 然後將所得混合物在80℃的烘箱中幹燥保持12小時。 使用相同的方法在不添加Cu粉末的情況下製備多孔Ti6Al4V樣品。

（A）SLM製備的多孔樣品的宏觀照片；（B） 和（C）多孔材料的支柱形態；（D） Ti6Al4V支柱的化學成分；（E）Ti6Al4V-6Cu支柱的化學成分；（F） SLM製備Ti6Al4V-6Cu和Ti6Al4V樣品的XRD

使用SLM製備樣品的微觀結構：（A）Ti6Al4V-6Cu；（B）Ti6Al4V

Ti6Al4V-6Cu和Ti6Al4V多孔結構樣品的靜態壓縮應力-應變曲線

Ti6Al4V-6Cu和Ti6Al4V多孔結構樣品機械性能

Ti6Al4V-6Cu試樣在空氣和0.9wt%NaCl中的疲勞應變

疲勞斷裂麵的SEM：（A） 疲勞試驗後多孔結構試樣俯視圖，顯示了支柱節點處的二次開裂（黃色箭頭）；（B）由缺陷引起的二次開裂，以及（C）無缺陷的二次裂紋；（D） 內(nei) 部孔隙放大圖

顯微CT圖像Ti6Al4V-6Cu（A）在空氣中和（B）在0.9wt%NaCl中的疲勞裂紋軌跡

Ti6Al4V在疲勞循環條件下的疲勞應變：（A）空氣環境；（B）0.9wt%NaCl環境中

研究結果表明加入Cu後，Ti6Al4V-6Cu的靜態壓縮性能優(you) 於(yu) 純的Ti6Al4V合金樣品，特別是抗壓強度，約為(wei) Ti6Al4V合金的1.43倍。疲勞裂紋萌生點在應變曲線上的位置由疲勞循環決(jue) 定，在高應力狀態下裂紋萌生更快。在含有0.9wt%NaCl的環境中，Ti6Al4V-6Cu主要失效機製為(wei) 晶間斷裂和部分穿晶斷裂模式，這種斷裂模式歸因於(yu) 腐蝕疲勞。並且含有0.9 wt%NaCl的環境加速了裂紋擴展。由於(yu) 鋸齒形疲勞裂紋擴展的影響和Ti2Cu相沉澱在晶界附近，多孔Ti6Al4V-6Cu樣品比Ti6Al4V合金樣品具有更長的疲勞使用壽命。