تقييم التآكل الثلاثي للمركبات السطحية المدعمة بالليزر من السيراميك TI6Al4V

Ochonogor Onyeka Franklin; Mark Walker; Mahlatse Mphahlele

doi:10.3791/70074

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تقييم التآكل الثلاثي للمركبات السطحية المدعمة بالليزر من السيراميك TI₆Al₄V

130 مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/70074

⸱

يونيو 12, 2026

Ochonogor Onyeka Franklin¹ , Mark Walker¹ , Mahlatse Mphahlele²

¹Department of Mechanical Engineering, Durban University of Technology, ²Department of Mechanical and Mechatronic Engineering, Cape Peninsula University of Technology

في هذه المقالة

ملخص

تقييم مقاومة التآكل، والصلابة الدقيقة، ومقاومة التآكل للمركبات باستخدام جزيئات تعزيز السيراميك (أنظمة Zr/TiC وTi/TiC) في الظروف ذات الصلة بالزرعات الطبية الحيوية (NaCl/H₂SO₄).

الملخص

تقدم هذه المقالة بروتوكولا تجريبيا شاملا لتقييم سلوك التآكل الثلاثي في المركبات المعتمدة على TI₆Al₄V المصنعة بشكل إضافي، والمعززة بأطوار السيراميك باستخدام ترسيب المعادن بالليزر (LMD). يعالج هذا البروتوكول الحاجة لفهم آليات التحلل التآزرية التي تنشأ في المكونات المعرضة للتحميل الميكانيكي والبيئات التآكلية في التطبيقات الطبية الحيوية والفضائية. يتضمن البروتوكول تغطية ليزرية محكمة لتقنية TI₆Al₄V مع تعزيزات Zr/TiC وTi/TiC، تليها توصيف دقيق للهيكل المجهري والميكانيكي والكهروكيميائي والتآكل الثلاثي. تشمل الإجراءات التعامل مع الممسحوق، تحضير الركيزة، معالجة الليزر، تحضير المعادن، المجهر، حيود الأشعة السينية، اختبار الصلابة الدقيقة، قياسات التآكل الكهروكيميائي، واختبار التآكل الثلاثي باستخدام مقياس كروي ترددي على صفيحة تحت التحكم الكهروكيميائي في إلكتروليت NaCl/H₂SO₄. تتيح هذه الطريقة التقييم اللحظي لتفاعلات التآكل والتآكل، بما في ذلك تحلل الفيلم السلبي وإعادة التخدير تحت ظروف الانزلاق، مع مراعاة الميزات الميكروبنيوية الناتجة عن التصنيع الإضافي. يعمل البروتوكول كإطار موحد لتقييم فعالية استراتيجيات تعزيز السيراميك في تحسين وظائف الأنظمة المعدنية المصنعة بشكل إضافي المصممة للبيئات الصعبة.

المقدمة

يعد تعديل سطح الليزر الذي يتضمن مراحل السيراميك نهجا فعالا لتعزيز أداء الزرعات المعدنية على السطح، مما يتيح تكوين طلاءات مقاومة للتآكل والمعززة ميكانيكيا عبر ترسيب المعادن بالليزر (LMD^). يستخدم سبيكة التيتانيوم TI₆Al₄V على نطاق واسع في الزرعات الطبية الحيوية بسبب توافقها الحيوي، ونسبة القوة إلى الوزن العالية، ومقاومتها للتآكل ^2,3. ومع ذلك، يظل عرضة للتآكل والتآكل الثلاثي في البيئات الفسيولوجية العدوانية، حيث يمكن أن يؤثر التآكل الميكانيكي والتدهور الكهروكيميائي على أداء الزرعة ويحفز استجابات بيولوجية سلبية 4,5,6,7. يحسن LMD خصائص السطح من خلال إعادة الصهر المحلية، والتصلب السريع، ودمج أطوار التعزيز، مما ينتج طبقات كثيفة ومرتبطة معدنيا مع هياكل دقيقة مخصصة. مقارنة بالتقنيات البديلة مثل النتريدينغ بالليزر أو معالجة شعاع الإلكترونات، تقدم LMD مرونة تركيبية، وتكاليف تشغيلية أقل، وسهولة وصول واسعة ^8,9,10. هذه المزايا تجعله مناسبا بشكل خاص لزراعة الزراعة المصنعة بالإضافة، حيث تكون مقاومة التآكل ضرورية لأداء الزراعة الحية طويل الأمد¹⁰.

يتأثر سلوك التآكل والتريبو في زرعات AM بالمسامية، وخشونة السطح، والإجهادات المتبقية، والتباين الهيكلي المجهري¹¹. لذلك، يتطلب التقييم اختبارا كهروكيميائيا في الإلكتروليتات العدوانية (مثل NaCl/H₂SO₄)، مع تعزيز التوصيف الميكروبنيوي باستخدام SEM وEDS. استراتيجيات المعالجة اللاحقة، بما في ذلك الضغط الساخن الإيزوستاتيكي، وتلميع الأسطح، وإعادة الصهر بالليزر، تعزز مقاومة التآكل أكثر من خلال تقليل العيوب وتنقية طوبولوجيا السطح.

تظهر المركبات المعززة TI₆Al₄V التي تحتوي على Zr وTi وTiC مقاومة محسنة للتآكل بفضل الجمع بين استقرار الطبقة السلبية المحسنة والتنقية الهيكلية الدقيقة. يقوم الزركونيوم بتثبيت أكسيد TiO₂ – ZrO₂ السلبي المختلط، مما يعزز إعادة السلبية السريعة ومقاومة الاستقطاب الأعلى ^12,13. توفر جسيمات TiC وTi تعزيزا ميكانيكيا وتعمل كحواجز انتشار للأيونات التآكلية، بينما تقلل الواجهات المترابطة جيدا من الشقوق الدقيقة التي يمكن أن تبدأ التآكل الموضعي¹⁴. يوضح جدول المواد المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف والأدوات.

الهدف العام من هذه الطريقة هو تقييم أداء تآكل الثلاثي لمركبات AM TI₆Al₄V المدعمة بجسيمات السيراميك (Zr/TiC و Ti/TiC)، مع التقاط آليات الضرر التآزري التي تحدث تحت التآكل الميكانيكي والتعرض الكهروكيميائي المتزامن. يدمج اختبار التآكل الثلاثي القياسات الاستهلاكية والكهروكيميائية، ويوفر تقييما فوريا تحت ظروف ديناميكية ذات صلة فسيولوجية¹⁵^، ¹⁶^، ¹⁷^، ¹⁸^، ¹⁹^، ²⁰. الطريقة مناسبة للغرسات الطبية الحيوية الحاملة أو المكونات المعرضة لإجهادات ميكانيكية وكيميائية مشتركة، لمحاكاة سيناريوهات أسوأ حالة في الجسم الحي، باستخدام إلكتروليتات تحتوي على الكلوريد. يتم تحقيق الأداء الأمثل من خلال موازنة التعزيز الميكانيكي مع الاستقرار الكهروكيميائي، مع التأكيد على أهمية التوحيد المجهري وسلامة الفيلم السلبي. يوفر هذا البروتوكول إطارا قابلا للتكرار وذو صلة بالتطبيق لتقييم مركبات AM TI₆Al₄V تحت ظروف التآكل الثلاثي، ويدعم اختيار المواد المستنير، وهندسة الأسطح، وتصميم الزراعة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. المواد والمعدات والمسطحات البدائية

مسطحات البداية
1. احصل على مسحوق TI₆Al₄V الممتصل بالغاز (ASTM F136) بنطاق حجم الجسيمات من 15–53 ميكرومتر، ومسحوق الزركونيوم (Zr) بنسبة نقاء وزن ≥99.5 وحجم الجسيمات 10–45 ميكرومتر، ومسحوق كربيد التيتانيوم (TiC) بنقاء وزن ≥99٪ وحجم جسيمات 2–10 ميكرومتر.
2. احتفظ بجميع المباريق في حاويات محكمة الإغلاق تحت جو جاف من الأرجون لمنع الأكسدة وامتصاص الرطوبة قبل المعالجة.
تحضير الركيزة
1. قطع ألواح الركيزة TI₆Al₄فولت بأبعاد 50 مم × 50 مم × 5 مم.
2. قم بطحن سطح الركيزة بشكل متسلسل باستخدام أوراق SiC من حبيبات P320 إلى P800 لإزالة أكاسيد السطح والانسيابيات.
3. نظف الركائز بالموجات فوق الصوتية بالأسيتون لمدة 10 دقائق، ثم الإيثانول لمدة 10 دقائق.
4. جفف الركائز باستخدام النيتروجين المضغوط وركبها بإحكام على منصة بناء ترسيب المعادن بالليزر (LMD).

2. ترسيب المعادن بالليزر لمركبات سطحية معززة بالخزف

تكوين نظام LMD
1. استخدم نظام ترسيب معدني بالليزر مزود بوحدة تغذية مسحوق متعددة القواس.
2. استخدم ليزر ألياف موجة مستمرة بطول موجي يقارب 1070 نانومتر.
3. اضبط قطر نقطة الليزر بين 1.0–1.5 مم باستخدام فوهة محورية.
تغذية المسحوق والدرع
1. حمل مسطحات TI₆Al₄V، Zr، وTiC في قادوس منفصلة تحت صندوق قفازات مملوء بالأرجون.
2. قم بتنظيف جميع خطوط البودرة والقوادس باستخدام الأرجون عالي النقاء لمدة لا تقل عن 20 دقيقة لتقليل مستويات الأكسجين إلى أقل من 10 جزء في المليون.
3. قم بمعايرة كل مغذي مسحوق بشكل جاذبي وضبط معدلات التغذية لتحقيق التركيب المطلوب، مع الحفاظ على معدل تغذية مسحوق إجمالي بين 5–10 جرام/دقيقة مع انحراف ضمن ±2٪.
معاملات الترسيب
1. اضبط طاقة الليزر على 800–1200 واط.
2. اضبط سرعة المسح على 6–12 مم/ثانية.
3. حافظ على معدل تدفق غاز الأرجون الواقي بين 10–15 لتر/دقيقة لحماية البركة المنصهرة من الأكسدة.
4. يتم إيداع المواد باستخدام استراتيجية مسح نقطي مع تداخل بنسبة 30–50٪ بين المسارات المجاورة.
5. الطلاء الطبقي طبقة تلو الأخرى، مما يسمح بفترات تبريد محكمة بين الطبقات لتقليل الإجهاد المتبقي.
6. اترك العينات تبرد إلى درجة حرارة الغرفة تحت غلاف الأرجون الجوي بعد الترسب.

3. توصيف البنية الدقيقة والطور

التحضير المعدني
1. اقطع العينات الموزعة بشكل عمودي على اتجاه البناء باستخدام منشار ماسي دقيق.
2. قم بإدخال العينات في الإيبوكسي الموصل ومعالجته حسب تعليمات الشركة المصنعة.
3. قم بطحن الأوراق بورق SiC (من P120 إلى P1200) وقم بالتلميع باستخدام تعليق ألماس حتى 1 ميكرومتر.
المجهر الإلكتروني الماسح (SEM): تغطية العينات المصقولة بطبقة رقيقة موصلة قبل التصوير بالسمو لتقليل الشحن السطحي. قم بتركيب كل عينة مصقولة على أنبوب SEM من الألمنيوم باستخدام شريط كربون موصل لتحقيق الاتصال الكهربائي الصحيح.
1. ضع العينات المركبة في طبقة معطية ووضع طبقة سميكة من الذهب أو الكربون في غلاف أرجوني بسماكة 5–10 نانومتر. طبق تيار تقطير حوالي 20 مللي أمبير لمدة 45–60 ثانية لضمان طبقة موصلة متجانسة. بعد الطلاء، يخزن العينات في حاوية نظيفة وخالية من الغبار حتى يتم تحليل الطبقة الصناعية (SEM).
  ملاحظة: غط العينات المصقولة بطبقة كربون أو ذهب موصلة (~5–10 نانومتر): لضمان سطح موصل لتصوير SEM وتحليل دقيق لعناصر EDS، غطى العينات المصقولة بطبقة رقيقة من الكربون أو الذهب (~5–10 نانومتر). استخدم طبقة التوصيل لتطبيق طبقة التوصيل. ثبت العينات على قطع الألمنيوم باستخدام شريط كربوني موصل ورش طبقة ذهبية بقطر 5–10 نانومتر عند 20 مللي أمبير لمدة 60 ثانية في غلاف جوي من الأرجون. تشمل المواد المطلوبة لهذا التحضير عينات معدنية مصقولة، مصدر طلاء كربون أو ذهب، مغطى بالرشاش أو مبخر حراري، جذرة عينة موصلة، شريط لاصق، وحمام فوق صوتي يحتوي على الإيثانول أو الأسيتون. الإجراء كما يلي:
  1. تحضير العينة: تأكد من أن سطح العينة ناعم وخالي من الخدوش. بالنسبة للعينات المعدنية، قم بطحن العينة بورق SiC: 320–1200 حبيبة، ثم تلميع بمعجون الألماس: 6–3–1 ميكرومتر، ونظفه بالإيثانول أو الأسيتون لمدة 5–10 دقائق، وجفف العينة بالكامل باستخدام الهواء الدافئ أو النيتروجين.
  2. اختر مادة الطلاء: يستخدم الكربون عادة في تطبيقات EDS لتقليل التداخل مع قمم العناصر، بينما الذهب (Au) مناسب للعينات غير الموصلة أو سيئة التوصيل بسبب توصيله العالي، رغم أنه قد يخفي القمم العنصرية القريبة في EDS.
  3. اختر تقنية الطلاء:
    طلاء المضخة (المفضل للمعادن وSEM): ضع العينة في غرفة تفريغ معطف البوتر، وضخ إلى فراغ عالي، وضبط تيار الرش والجهد وفقا لمواصفات الشركة المصنعة، ثم قم بتغطية السبتر لمدة زمنية محددة لتحقيق سمك ~5–10 نانومتر.
  4. نصائح الطلاء لأفضل النتائج
    تدوير العينة أثناء الترسيب لتغطية متجانسة، وتجنب الطبقة الزائدة (>10 نانومتر)، وتحقق من سمك الطلاء باستخدام المعايرة أو جهاز قياس البروفيلومتر، وتأكد من أن العينة نظيفة بعد الطلاء لمنع التلوث.
  5. التخزين قبل SEM
    احتفظ بالعينات المطلية في حاوية خالية من الغبار وتجنب لمس السطح المطلي للحفاظ على التوصيل وجودة الصورة.
  6. اختياري: طلاء مركب
    تطبيق طبقة كربونية رقيقة (~5 نانومتر) تليها الذهب (~5 نانومتر) لتحقيق دقة تحليل عنصرية متوازنة وجودة صورة محسنة، خاصة للعينات غير المتجانسة أو منخفضة الموصلية.
2. إجراء تصوير SEM بجهد متسارع بين 10 و20 كيلو فولت ومسافة عمل من 8 إلى 12 مم.
3. التقاط صور الإلكترونات الثانوية لتقييم الهندسة المغطاة، والمسامية، وتوزيع التعزيز. ضع العينات المطلية في غرفة المجهر الإلكتروني الماسح واتبع إجراءات الجهاز لتحقيق مستوى الفراغ المطلوب. التقاط صور الإلكترونات الثانوية (SE) باستخدام مجهر إلكتروني ماسح ذو انبعاث حقلي عند 10–15 كيلو فولت ومسافة عمل تتراوح بين 8–10 مم. استخدم كاشف الإلكترونات الثانوي لصور السطح عالية الدقة. خذ صور مجهرية بتكبيرات مختلفة لتحليل الهندسة المغطاة، والمسامية، وتوزيع التعزيز في طبقات الليزر-المغطاة. أضف شريط مقياس في الزاوية اليمنى السفلية لكل صورة يتم تصديرها.
  1. تحضير العينة
    قم بتلميع العينة بشكل مسطح، ثم طحن بورق حبيبات بحجم 320 إلى 1200، ثم تلميع باستخدام معجون الألماس (6، 3، 1 ميكرومتر). نظف العينة في حمام فوق صوتي بالإيثانول أو الأسيتون وغطيها بطبقة موصلة (حوالي 5–10 نانومتر من الكربون أو الذهب) لمنع الشحن أثناء التصوير.
  2. تركيب عينات
    ثبت العينة على جزء موصل باستخدام شريط كربوني أو لاصق موصل، لضمان استقرارها واستقرارها. أدخل القطعة في غرفة SEM وأخرجها إلى فراغ عالي.
  3. اختيار النمط
    في برنامج التحكم في SEM، اختر وضع الإلكترون الثانوي (SE) واختر كاشفا يلتقط إشارات SE. اضبط جهد التسارع بناء على المادة والميزات المعنية.
  4. تعديل المعايير
    اضبط مسافة العمل بين 5–15 مم للدقة الأعلى؛ استخدم حجم بقعة صغير (حوالي 1–5 نانومتر) لتحسين الدقة؛ اختر سرعة مسح متوسطة إلى بطيئة لمزيد من التفاصيل؛ تعديل التكبير حسب الحاجة لتحليل التغطية المغلقة؛ وتيار الحزمة المتوازن للتحكم في السطوع والضوضاء.
  5. الحصول على الصور
    ابدأ بتكبير منخفض وزد تدريجيا لالتقاط تفاصيل أدق. التقط عدة صور لتغطية الهندسة المغطاة، المسامية، وتوزيع التعزيز.
  6. خيار الإمالة والمنظور ثلاثي الأبعاد
    قم بإمالة العينة (5–20°) لتعزيز التباين الطبوغرافي. راقب بروز أو تضمين جسيمات التعزيز في المصفوفة.
  7. خطوات ما بعد التصوير
    احفظ الصور بصيغ عالية الدقة وأضف عليها علامات على أشرطة المقياس، والمناطق ذات الاهتمام، وأحجام الجسيمات. استخدم برامج تحليل الصور للقياس والتحليل.
  8. مثال على سير العمل لعلم المعادن المكلاد
    تحضير عينة TiC – مغطاة ب Ti معزز، تلميع، تغطيتها بالكربون، تركيبها على جزء موصل، أدخلها في SEM، استخدم وضع SE عند 15 كيلو فولت، مسافة عمل 10 مم، التقاط صور للهندسة المغطاة وتوزيع التعزيزات، حفظ وتحليل الصور.
4. قم بإجراء تحليل نقاط EDS ورسم العينات للعناصر لتأكيد توزيع Zr وTiC.
  إجراء تحليل عنصري باستخدام كاشف مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) مدمجة مع نظام SEM. تشغيل SEM بجهد متسارع يتراوح بين 15–20 كيلو فولت لضمان إثارة كافية لإشارات الأشعة السينية المميزة. إجراء تحليل نقاط على مناطق محددة من الاهتمام داخل الطبقة المغطاة لتحديد التركيب العنصري. احصل على طيف بوقت اكتساب حي يقارب 60 ثانية للحصول على قمم عنصرية موثوقة.
  ملاحظة: لرسم التعيين العنصري، قم بمسح المنطقة المختارة من السطح المغطى أثناء جمع إشارات الأشعة السينية المحلية المقابلة للعناصر المعنية. إنشاء خرائط توزيع لتأكيد وجود وتوزيع الزركونيوم (Zr) ومراحل تعزيز كربيد التيتانيوم (TiC) داخل مصفوفة التيتانيوم. تصدير الخرائط العنصرية مع أشرطة مقياس وملصقات لوحات متسقة لمعالجة الصور لاحقا.
  1. تحضير العينة
    قم بتلميع العينة حتى تشطيب المرآة باستخدام أوراق SiC ومعجون الألماس. نظف العينة في حمام فوق صوتي بالإيثانول أو الأسيتون وطبق طبقة موصلة إذا لزم الأمر لمنع الشحن.
  2. تركيب عينات وتكوين SEM
    قم بتركيب العينة على أنبوب موصل باستخدام شريط كربوني، وأدخلها في غرفة SEM، واضخ إلى فراغ عالي. اختر جهد تسريع مناسب للكشف عن متلازمة إهلرز-دانلوس.
  3. إعداد كاشف EDS
    ضمان التبريد والمعايرة المناسبين لكاشف EDS، معايرة مقياس الطيف باستخدام مادة قياسية، وضبط الوقت الحي أو العد لتحقيق نسبة إشارة إلى ضوضاء مثالية.
  4. تحليل نقاط EDS
    التنقل إلى نقاط الاهتمام في صورة SEM، واكتساب طيف EDS في كل نقطة، وحدد القمم المميزة ل Zr وTi وC، وسجل نسبة الوزن أو النسبة الذرية باستخدام البرنامج.
  5. رسم خرائط العناصر في EDS
    اختر المنطقة المهمة في صورة SEM، وفعل وضع التعيين في برنامج EDS، وابدأ بالمسح لإنشاء خرائط توزيع العناصر.
  6. التحقق المتقاطع مع تصوير SEM
    استخدم تصوير BSE للتباين التركيبي، وقارن صور SE وخرائط EDS للارتباط.
  7. حفظ البيانات وتحليلها
    احفظ الطيف، الخرائط، وصور SEM المشروحة. استخدم برامج لقياس الكسور العنصرية، وقياس حجم الجسيمات، وحساب تجانس التوزيع.
حيود الأشعة السينية (XRD)
1. توصيف الطور
  إجراء تحليل عنصري باستخدام كاشف مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) مدمجة مع نظام SEM. تشغيل SEM بجهد متسارع يتراوح بين 15–20 كيلو فولت لضمان إثارة كافية لإشارات الأشعة السينية المميزة. إجراء تحليل نقاط على مناطق محددة من الاهتمام داخل الطبقة المغطاة لتحديد التركيب العنصري. احصل على طيف بوقت اكتساب حي يقارب 60 ثانية للحصول على قمم عنصرية موثوقة.
  ملاحظة: لرسم التعيين العنصري، قم بمسح المنطقة المختارة من السطح المغطى أثناء جمع إشارات الأشعة السينية المحلية المقابلة للعناصر المعنية. إنشاء خرائط توزيع لتأكيد وجود وتوزيع الزركونيوم (Zr) ومراحل تعزيز كربيد التيتانيوم (TiC) داخل مصفوفة التيتانيوم. تصدير الخرائط العنصرية مع أشرطة مقياس وملصقات لوحات متسقة لمعالجة الصور لاحقا.

4. التوصيف الميكانيكي

اختبار الصلابة الدقيقة في فيكرز
1. قم بإجراء قياسات الصلابة الدقيقة من فيكرز على المقاطع العرضية المصقولة باستخدام حمل 100 جرام وزمن بقاء 15 ثانية.
2. ضع الخطوط البادئة على فواصل لا تقل عن 100 ميكرومتر لتجنب تأثيرات التفاعل.
3. احسب متوسط قيم الصلابة والانحرافات المعيارية من عشرة قياسات على الأقل لكل عينة.

5. اختبار التآكل الكهروكيميائي

إعداد الخلايا الكهروكيميائية
1. جهز خلية كهروكيميائية تحتوي على العينة كقطب عامل، وقطب عداد شبكة بلاتينية، وقطب مرجعي Ag/AgCl.
2. عرض مساحة قطب كهربائي يعمل بحجم 1 سم² باستخدام طلاء عازل.
3. استخدم إلكتروليت مائي NaCl/H₂SO₄ يحافظ على درجة حرارة 25 ± 1 درجة مئوية.
جهد الدائرة المفتوحة والاستقطاب
1. اغمر العينة وترك التثبيت عند جهد الدائرة المفتوحة (OCP) لمدة 30 دقيقة.
2. قم بإجراء مسح استقطاب ديناميكي جهدي من −0.25 فولت إلى +1.5 فولت مقابل Ag/AgCl بمعدل مسح 1 mV/s.
3. تحديد جهد التآكل (E_corr) وكثافة تيار التآكل (i_corr) من خلال استقراء تافل.

6. اختبار التآكل المتدرج

إعداد التآكل الثلاثي
1. قم بتركيب العينة الكهروكيميائية في جهاز تريبوميتر كروي على لوحة متردد مرتبط ببوتنشيوستات.
2. استخدم كرة ألومينيا (Al₂O₃) ذات جسم مضاد بقطر 6 مم.
3. تطبيق حمل عادي قدره 5 نيوتن وتردد انزلاق 1 هرتز على مسافة انزلاق 5 مم.
4. إجراء اختبارات التآكل الثلاثي في نفس إلكتروليت NaCl/H₂SO₄ تحت التحكم الكيميائي الكهربائي.
تنفيذ الاختبارات والمعايير
1. معامل الاحتكاك القياسي، واستجابة التيار، والجهد بشكل مستمر أثناء الانزلاق.
2. إجراء اختبار التآكل الثلاثي وفقا لمعيار ASTM G119 لتقييم تأثيرات التآكل التآزري الناتجة عن التآكل.
3. بعد الاختبار، اشطف العينات بماء مقطر، وجففها بالنيتروجين، وفحص آثار التآكل باستخدام SEM.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

توصيف المسحوق والركيزة
تظهر صور المجهر الإلكترونية الماسحة التمثيلية (SEM) لمساحيق التعزيز الابتدائية ((A) Ti، (B) Zr، و(C) TiC) في الشكل 1. توضح الصور أشكال الجسيمات النموذجية المستخرجة من المساحيق المذرة بالغاز والمصادرة تجاريا. أظهرت جزيئات التيتانيوم والزركونيوم أشكالا كروية إلى قريبة من الكروي، في حين أظهرت جزيئات كربيد التيتانيوم (TiC) أشكال أكثر زاوية وتنوعا، تتوافق مع خصائص مسحوق الخزف. كانت توزيعات حجم الجسيمات ضمن النطاقات التي يحددها المصنع قبل...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

تقدم هذه المقالة بروتوكولا قابلا للتكرار لتصنيع وتوصيف وتقييم تآكل التريبوصور المركبات المعتمدة على TI₆Al₄V المصنوعة بشكل إضافي، والمعززة بأطوار السيراميك باستخدام ترسيب المعادن بالليزر (LMD). تدمج المنهجية توصيف الممسحوق، والخلط الآلي في الموقع ، وتكسير الليزر، والتحليل البنيوي المجهري، والاختبارات الكهروكيميائية، وتقييم التآكل التريبوزي المرتبط لمعالجة آليات التحلل المعقدة التي تواجهها سبائك التيتانيوم في بيئات الخدمة العدوانية. من خلال دمج التحميل الميكا...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

لا يوجد تضارب مصالح للمؤلفين يتعلق بهذا العمل ولم يستخدموا أي أداة كتابة بالذكاء الاصطناعي.

شكر وتقدير

يرغب المؤلفون في شكر جامعة ديربان للتكنولوجيا على الدعم المالي لهذا العمل.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
المواد الخام / المساحيق
مسحوق Ti₆Al4V			مُرَطَّب بالغاز، 15–53 ميكرومتر (ASTM F136) الاستخدام في الدراسة: مادة مصفوفة للتكسية بالليزر والركيزة.
مسحوق الزركونيوم (Zr)			نقاوة ≥99.5٪ بالوزن، 10–45 ميكرومتر الاستخدام في الدراسة: مادة تعزيز المركب ومادته المثبتة.
مسحوق كربाइड التيتانيوم (TiC)			نقاوة ≥99٪ بالوزن، 2–10 ميكرومتر الاستخدام في الدراسة: مادة تعزيز سيراميك للمركب.
مسحوق Ti/TiC			مسحوق مركب مختلط (نسب أوزان محددة) الاستخدام في الدراسة: مزيج تعزيز للمركب.
مسحوق Zr/TiC			مسحوق مركب مختلط (نسب أوزان محددة) الاستخدام في الدراسة: مزيج تعزيز للمركب.
الغازات والمواد الكيميائية
النيتروجين (N2)			بيئة خاضعة للرقابة / إجراء أمان الاستخدام في الدراسة: بيئة خاضعة للرقابة لخلط المساحيق ونظام ترسيب المعدن بالليزر (LMD).
الأرجون (Ar)			بيئة تنظيف، غاز ناقل / غاز حماية الاستخدام في الدراسة: تحميل المساحيق، الغلاف الجوي لـ LMD، والفتحة المركزية مع غاز ناقل.
الأسيتون			مذيب تنظيف الاستخدام في الدراسة: تنظيف ركيزة Ti6Al4V.
الإيثانول			مذيب تنظيف الاستخدام في الدراسة:
محلول تبريد			ماء الاستخدام في الدراسة: تنظيف ركيزة Ti6Al4V.
راتنج إيبوكسي شفاف			مادة تثبيت الاستخدام في الدراسة: تثبيت العينات للأقطاب الكهربائية أو التحضير المعدني.
إيبوكسي موصل			مادة تثبيت الاستخدام في الدراسة: تثبيت العينات تحت المجهر (بعد القطع)
ورق الصنفرة (SiC)			أحجام حبيبات مختلفة الاستخدام في الدراسة: طحن العينات (التحضير المعدني).
عجينة الماس			مركب تلميع الاستخدام في الدراسة: تلميع الأسطح المكشوفة للأقطاب الكهربائية والمقطع العرضي.
سائل الجسم الاصطناعي (SBF)			إلكتروليت الاستخدام في الدراسة: اختبار التآكل الكهروكيميائي.
إلكتروليت NaCl/H₂SO₄			تركيز غير محدد الاستخدام في الدراسة: اختبار التآكل الكهروكيميائي.
المعدات والأجهزة
مجهر إلكتروني ماسح (SEM)			مع تحليل الطيف الانتشاري للطاقة (EDS) الاستخدام في الدراسة: توصيف المساحيق والركائز، والتحليل الدقيق البنيوي، وتشتت التعزيز، ورسم الخرائط بـ EDS.

المراجع

Wei, G., Tan, M., Attarilar, S., Li, J., Uglov, V. V., Wang, B., et al. An overview of surface modification: A way toward fabrication of nascent biomedical Ti6Al4V alloys. J. Mater. Res. Technol. 24 (1), 5896-5921 (2023).
Saran, R., Ginjupalli, K., George, S. D., Chidangil, S., Unnikrishnan, V. K. Laser as a tool for surface modification of dental biomaterials: A review. J. Oral Biol. Craniofac. Res. 9 (3), e17457(2023).
Marin, E., Lanzutti, A. Biomedical applications of titanium alloys: A comprehensive review. Materials. 17 (1), 114(2023).
Ju, J., et al. Remarkable bioactivity, bio-tribological, antibacterial, and anti-corrosion properties in a Ti6Al4V-xCu alloy fabricated by laser powder bed fusion. Chem. Eng. J. 471 (1), 144656(2023).
Bocchetta, P., et al. Passive layers and corrosion resistance of biomedical Ti6Al4V and β-Ti alloys. Coatings. 11 (4), 487(2021).
Eliaz, N. Corrosion of metallic biomaterials: A review. Materials. 12 (3), 407(2019).
Kumar, M., Kumar, R., Kumar, S. Coatings on orthopedic implants to overcome present problems and challenges: A focused review. Surf. Coat. Technol. 45 (1), 5269-5276 (2021).
Dini, C., et al. Progression of bio-tribocorrosion in implant dentistry. Front. Mech. Eng. 6 (1), 1(2020).
Soni, N., Renna, G., Leo, P. Advancements in metal processing additive technologies: Selective laser melting. Metals. 14 (9), 1081(2024).
Iftekar, S. F., et al. Advancements and limitations in 3D printing materials and technologies: A critical review. Polymers. 15 (11), 2519(2023).
Khan, T., et al. Recent developments in improving the fracture toughness of 3D-printed fiber-reinforced polymer composites. Compos. Part B Eng. 283 (1), 111622(2024).
Taghian, M., et al. Laser powder bed fusion of metallic components: Latest progress in productivity, quality, and cost perspectives. J. Mater. Res. Technol. 27 (2023), 6484-6500 (2023).
Liu, C. C., et al. Influence of Zr alloying on the corrosion behavior of Ti-Zr alloys in simulated hot HNO₃ reprocessing conditions. Corros. Sci. 246 (1), 112729(2025).
Dohare, S. Corrosion Protection and Modern Infrastructure. Introduction to Corrosion – Basics and Advances. , (2023).
Wang, C., et al. Microstructure and mechanical properties of TiC/Ti6Al4V composite fabricated by concurrent wire-powder feeding laser-directed energy deposition. Opt. Laser Technol. 181 (1), 111836(2025).
Hlinka, J., Bán, K. Analysis of mechanical properties, microstructure, and surface oxygen concentration of heat-treated additively manufactured Ti-6Al-4V. J. Mater. Res. Technol. 30 (1), 8815-8821 (2024).
Tao, X., et al. Effect of heat input on the microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V alloy repaired by wire-feed electron beam additive manufacturing. J. Mater. Res. Technol. 25 (1), 4674-4685 (2023).
Wang, L., et al. Direct energy deposition of TiC/Ti6Al4V graded materials and heat resistance improvement during ablation. J. Mater. Res. Technol. 33 (1), 8482-8490 (2024).
Faraji, M., et al. Effect of natural inhibitors on the corrosion properties of grade 2 titanium alloy. Materials. 17 (21), 5202(2024).
Jáquez-Muñoz, J. M., et al. Corrosion of anodized titanium alloys. Coatings. 14 (7), 809(2024).
Chen, L., et al. Corrosion of commercial pure titanium and titanium alloys in extremely high-chloride, high-alkali seawater electrolysis environments. J. Alloys Compd. 1020 (1), 179431(2025).
Fayomi, O. S. I. Super-strengthening functional composite coating from ZnO-doped snail shell particulate for corrosion mitigation of mild steel. Results Surf. Interfaces. 17 (1), 100294(2024).
Xia, C., et al. Effect of zirconium content on the microstructure and corrosion behavior of Ti6Al4V-xZr alloys. Corros. Sci. 112 (1), 687-695 (2016).
Liu, X., et al. Enhancement of electrochemical corrosion resistance of Ti-6Al-4V alloy reinforced with TiC particles via directed energy deposition. Corros. Sci. 221 (1), 111343(2023).
Teng, J., et al. Influence of Ti addition on oxidation behavior of Ni-Cr-W-based superalloys. Corros. Sci. 193 (1), 109882(2021).
Lu, Y. J., et al. Enhancing tribological properties of titanium composites through biomimetic structural engineering. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf. 199 (1), 109176(2025).
Ben Rabha, M., et al. Fabrication and characterization of silicon surface grooving using CV etching for solar cell applications. Sustainability. 15 (20), 15638(2023).
Taufiqurrakhman, M., Khan, T., Bryant, M. G. Investigating the roles of protein on the cobalt alloy surface degradation for biomedical implant through tribocorrosion mechanisms. Tribol. Lett. 72 (2), 54(2024).
Tomova, Z. Corrosion resistance of cobalt–chromium alloys for metal ceramic dental restorations. Folia Medica. 67 (4), (2025).
Nguyen, H. D., et al. A critical review on additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: Microstructure and mechanical properties. J. Mater. Res. Technol. 18 (1), 4641-4661 (2022).
Zhang, C., et al. The state of the art in machining additively manufactured titanium alloy Ti-6Al-4V. Materials. 16 (7), 2583(2023).
Sambo, A. M., Younas, M., Njuguna, J. Insights into machining techniques for additively manufactured Ti-6Al-4V alloy: A comprehensive review. Appl. Sci. 14 (22), 10340(2024).
Mohamed, O. F., et al. Microstructure and corrosion resistance of hybrid additively manufactured Ti-6Al-4V via laser powder bed fusion. Sci. Rep. 15 (1), 30703(2025).
Patel, P., et al. Influence of aluminum addition on the microstructure and tribomechanical behavior of HVOF-sprayed AlxFeCrMnCoNi high-entropy coatings. J. Alloys Compd. 1039 (1), 182854(2025).
Zakerin, N., et al. Review of tribological and wear behavior of alloys fabricated via directed energy deposition. J. Manuf. Mater. Process. 9 (6), 194(2025).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

التكسية بالليزر التعزيز بالسيراميك مركبات Ti6Al4V التصنيع المضاف الترسيب المعدني بالليزر توصيف البنية المجهرية التآكل الكهركيميائي اختبار الصلادة المجهرية مقياس الاحتكاك والتاكل بنظام الكرة على الصفيحة

تم نشر هذه المقالة

الفيديو قريباً

أبقِني على اطلاع: