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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。由于應力屏蔽導致的骨吸收問題，植入物松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，主要目標是制造一種可以在人體內長時間運行，無需翻修手術的植入物。由于上述問題，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）技術為特定患者創建具有多孔結構的復合支架。由SLM制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、生物相容性好等優點，成為骨植入物中最有前途的應用材料。

鈦合金通常應用于人體髖關節，當人們在行走時，髖關節和膝關節將會承受循環載荷。因此，有必要提高應用于人體內鈦合金植入物的機械性能，特別是疲勞性能。疲勞機制導致鈦合金髖關節假體近90%的表面斷裂。除了振蕩的機械負荷外，植入物材料還暴露于生理液體中，生理液體由鹽水溶液組成，因此金屬植入物會因腐蝕疲勞而失效。

雖然已經對降低固體鈦合金疲勞壽命的腐蝕進行了廣泛的研究，但迄今為止很少有關于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，關于SLM制備的多孔Ti6Al4V-6Cu支架的疲勞行為的信息還非常有限，無法確定其臨床適用性。

近日，沈陽理工大學材料科學與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）制備多孔含銅（Cu）的鈦合金（Ti6Al4V）在空氣和0.9wt%NaCl溶液中的腐蝕疲勞行為，基于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，主要為晶間斷裂。Ti2Cu相在晶界附近沉淀析出使得多孔Ti6Al4V-6Cu樣品具有更高的疲勞強度和更長的疲勞使用壽命。

因此這項研究從裂紋萌生和擴展的角度研究了SLM制備多孔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。同時將其與多孔Ti6Al4V合金進行了比較。 利用商用的Ti6Al4V粉末和純銅粉末為原料，在德國ConCEPT Laser GmbH增材制造機器上成形樣品，樣品為直徑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。 然后將所得混合物在80℃的烘箱中干燥保持12小時。 使用相同的方法在不添加Cu粉末的情況下制備多孔Ti6Al4V樣品。

（A）SLM制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制備Ti6Al4V-6Cu和Ti6Al4V樣品的XRD

使用SLM制備樣品的微觀結構：（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

疲勞斷裂面的SEM：（A） 疲勞試驗后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后，Ti6Al4V-6Cu的靜態壓縮性能優于純的Ti6Al4V合金樣品，特別是抗壓強度，約為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主要失效機制為晶間斷裂和部分穿晶斷裂模式，這種斷裂模式歸因于腐蝕疲勞。并且含有0.9 wt%NaCl的環境加速了裂紋擴展。由于鋸齒形疲勞裂紋擴展的影響和Ti2Cu相沉淀在晶界附近，多孔Ti6Al4V-6Cu樣品比Ti6Al4V合金樣品具有更長的疲勞使用壽命。