利用热等静压提高激光粉末床熔融多孔钽的抗压强度

近年来，医用骨组织修复需求的迅速增长，推动了仿生人体骨特性的生物医用金属材料的研究开发。钽（Ta）因具有良好耐腐蚀性和优异生物相容性，特别是能诱导破骨细胞附着和骨组织生长，确立了其作为典型生物材料植入物的适用性。多孔结构钽植入体与人骨弹性模量具有优越的相容性，为细胞粘附、分化和增殖提供了更有利的环境。然而，传统的气相沉积、粉末烧结等方法难以实现对多孔钽孔隙率、孔隙尺寸和孔隙形貌的精确控制。随着增材制造技术的快速发展，激光粉末床熔融（LPBF）已成为制备高精度多孔结构钽植入体的理想手段。由于传统的多孔金属材料的制备方法容易形成封闭的多孔结构，高压热处理会破坏闭孔多孔结构，因此以往的研究尚未涉及多孔金属材料的热等静压（HIP）。

为弥补这一研究空白，近日广东省科学院新材料研究所粉末冶金团队创新性提出了一种高压热处理技术，用于优化LPBF制备三周期极小曲面（TPMS）多孔Ta的力学性能。实验结果表明，在850℃下进行的HIP工艺有助于内部微孔闭合，增强压缩强度，同时不牺牲多孔Ta塑性。由于Ta在高温下的氧敏感性，Ta样品的氧化速率随温度迅速增加，该团队探究了热处理工艺对多孔Ta样品的氧化过程分析。在1350℃的高温高压下，氧原子侵入Ta基体形成Ta₂O₅，氧化物提供了应力集中位置和裂纹扩展路径，导致1350-HIP样品发生脆性断裂。此外，该团队进一步探讨了多孔Ta的各向异性压缩强度，结果显示沿水平方向的压缩强度大于沿构建方向的压缩强度。

相关研究成果在国际权威期刊《Additive Manufacturing》（Q1，TOP期刊，IF= 10.3）上发表了论文。该工作得到了广州市重点研发计划等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2025.104729.