Valutazione della tribocorrosione dei compositi superficiali TI6Al 4 V rinforzati con ceramica con rivestimento laser

Ochonogor Onyeka Franklin; Mark Walker; Mahlatse Mphahlele

doi:10.3791/70074

È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

Articolo metodologico

Valutazione della tribocorrosione dei compositi superficiali TI₆Al 4 V rinforzati con ceramica con rivestimento laser

129 visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/70074

⸱

12 giugno 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

In questo articolo

Sommario

Valutazione della resistenza all'usura, della microdurezza e della corrosione dei compositi con particelle di rinforzo ceramico (sistemi Zr/TiC e Ti/TiC) in condizioni rilevanti per impianti biomedici (NaCl/_{H 2}SO₄).

Abstract

Questo articolo presenta un protocollo sperimentale completo per valutare il comportamento tribocorrosivo di compositi a base di TI₆Al_4Vprodotti in modo additivo, rinforzati con fasi ceramiche tramite deposizione laser di metallo (LMD). Questo protocollo affronta la necessità di comprendere i meccanismi sinergici di degradazione che si manifestano nei componenti esposti a carichi meccanici e ambienti corrosivi nelle applicazioni biomediche e aerospaziali. Il protocollo include un rivestimento laser controllato di TI₆Al₄V con rinforzi Zr/TiC e Ti/Tic, seguito da una caratterizzazione dettagliata di microstruttura, meccanica, elettrochimica e tribocorrosione. Le procedure comprendono la gestione delle polveri, la preparazione del substrato, la lavorazione laser, la preparazione metallografica, la microscopia, la diffrazione a raggi X, il test di microdurezza, le misurazioni della corrosione elettrochimica e il test di tribocorrosione utilizzando un tribometro a sfera alternata su piastra sotto controllo elettrochimico in un elettrolito NaCl/H₂SO₄. Questo metodo consente la valutazione in tempo reale delle interazioni usura-corrosione, inclusa la rottura passiva del film e la ri-passivazione in condizioni di scorrimento, tenendo conto delle caratteristiche microstrutturali indotte dalla manifattura additiva. Il protocollo funge da quadro standardizzato per valutare l'efficacia delle strategie di rinforzo ceramico nel migliorare la funzionalità di sistemi metallici manufatti in modo additivo destinati ad ambienti difficili.

Introduzione

La modifica laser della superficie che incorpora fasi ceramiche è un approccio efficace per migliorare le prestazioni superficiali degli impianti metallici, permettendo la formazione di rivestimenti resistenti alla corrosione e rinforzati meccanicamente tramite deposizione laser di metallo (LMD^)1. La lega di titanio TI₆Al₄V è ampiamente utilizzata negli impianti biomedici grazie alla sua biocompatibilità, all'elevato rapporto resistenza/peso e alla^corrosione ^2,3. Tuttavia, rimane vulnerabile alla corrosione e alla tribocorrosione in ambienti fisiologici aggressivi, dove l'usura meccanica e il degrado elettrochimico possono compromettere le prestazioni dell'impianto e scatenare risposte biologiche^avverse 4,5,6,7. L'LMD migliora le proprietà superficiali attraverso la rifusione localizzata, la solidificazione rapida e l'incorporazione di fasi di rinforzo, generando strati densi e legati metallurgicamente con microstrutture su misura. Rispetto a tecniche alternative come la nitrurazione laser o l'elaborazione a fascio di elettroni, la LMD offre flessibilità composizionale, costi operativi inferiori e ampia accessibilità ^8,9,10. Questi vantaggi lo rendono particolarmente adatto per impianti di produzione additiva (AM), dove la resistenza alla corrosione è fondamentale per le prestazioni in vivo a lungo^{termine 10}.

Il comportamento alla corrosione e alla tribocorrosione degli impianti AM è influenzato dalla porosità, dalla rugosità superficiale, dalle sollecitazioni residue e dall'eterogeneità^{microstrutturale 11}. Pertanto, la valutazione richiede test elettrochimici su elettroliti aggressivi (ad esempio, NaCl/H₂SO₄), completati da caratterizzazioni microstrutturali tramite SEM ed EDS. Le strategie di post-lavorazione, tra cui la pressatura isostatica a caldo, la lucidatura superficiale e la rifusione laser, migliorano ulteriormente la resistenza alla corrosione riducendo i difetti e raffinando la topologia superficiale.

I compositi rinforzati_{TI 6}Al₄V contenenti Zr, Ti e TiC presentano una migliore resistenza alla corrosione grazie a una combinazione di maggiore stabilità dello strato passivo e raffinamento microstrutturale. Lo zirconio stabilizza l'ossido misto passivo TiO₂ – ZrO₂, favorendo una rapida ri-passivazione e una maggiore resistenza alla^{polarizzazione 12,13}. Le particelle di TiC e Ti forniscono rinforzo meccanico e agiscono come barriere di diffusione agli ioni corrosivi, mentre le interfacce ben collegate minimizzano le microfessure che possono innescare corrosione^{localizzata 14}. La Tabella dei Materiali mostra i materiali utilizzati, inclusi reagenti e strumenti.

L'obiettivo generale di questo metodo è valutare le prestazioni di tribocorrosione dei compositi AM TI₆Al_4Vrinforzati con particelle ceramiche (Zr/TiC e Ti/TiC), catturando i meccanismi di danno sinergici che si verificano in caso di usura meccanica simultanea ed esposizione elettrochimica. Il test di tribocorrosione integra misurazioni di usura ed elettrochimiche, fornendo una valutazione in tempo reale in condizioni dinamiche e fisiologicamente^rilevanti 15,16,17,18,19,20. Il metodo è appropriato per impianti biomedici portanti o componenti esposti a stress meccanici e chimici combinati, simulando scenari in vivo nel caso peggiore usando elettroliti contenenti cloruro. Le prestazioni ottimali si ottengono bilanciando il rinforzo meccanico con la stabilità elettrochimica, sottolineando l'importanza dell'uniformità microstrutturale e dell'integrità passiva del film. Questo protocollo fornisce un quadro riproducibile e applicativo per valutare i compositi AM_TI6_{Al 4}V in condizioni di tribocorrosione, supportando la selezione informata dei materiali, l'ingegneria delle superfici e la progettazione degli impianti.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

1. Materiali, attrezzature e polveri di partenza

Polveri di avviamento
1. Ottenere polvere atomizzata a gas di TI₆_{Al 4}V (ASTM F136) con una gamma di dimensioni particellari compresa tra 15 e 53 μm, polvere di zirconio (Zr) con purezza ≥99,5% in peso e dimensione particellare di 10–45 μm, e polvere di carburo di titanio (TiC) con purezza ≥99% in peso e dimensione particellare di 2–10 μm.
2. Conservare tutte le polveri in contenitori sigillati sotto un'atmosfera di argon secca per prevenire ossidazione e assorbimento di umidità prima della lavorazione.
Preparazione del substrato
1. Tagliare le piastre di substrato_{TI 6}Al₄V con dimensioni di 50 mm × 50 mm × 5 mm.
2. Spruzzare la superficie del substrato in modo sequenziale utilizzando carte SiC da grana P320 a P800 per rimuovere ossidi superficiali e irregolarità.
3. Pulisci a ultrasuoni i substrati con acetone per 10 minuti, seguito da etanolo per 10 minuti.
4. Asciugare i substrati usando azoto compresso e montarli saldamente sulla piattaforma di costruzione per deposizione laser metallica (LMD).

2. Deposizione laser di metallo di compositi superficiali rinforzati con ceramica

Configurazione del sistema LMD
1. Utilizzare un sistema di deposizione laser del metallo dotato di un'unità di alimentazione per polvere a più tramoggie.
2. Impiegare un laser a fibra a onda continua con una lunghezza d'onda di circa 1070 nm.
3. Impostare il diametro del punto laser a 1,0–1,5 mm usando un ugello coassiale.
Alimentazione con polvere da polvere e schermatura
1. Carica polveri_{TI 6}_{Al 4}V, Zr e TiC in tramoggie separate sotto un portaoggetti riempito di argon.
2. Purificare tutte le linee di polvere e i tramuccioni con argon ad alta purezza per almeno 20 minuti per ridurre i livelli di ossigeno sotto i 10 ppm.
3. Calibrare ogni alimentatore di polvere in modo gravimetrico e regolare le velocità di alimentazione per ottenere la composizione desiderata, mantenendo una velocità totale di alimentazione in polvere di 5–10 g/min con una deviazione entro ±2%.
Parametri di deposizione
1. Imposta la potenza del laser a 800–1200 W.
2. Imposta la velocità di scansione a 6–12 mm/s.
3. Mantenere una portata di gas di schermatura di argon di 10–15 L/min per proteggere la piscina fusa dall'ossidazione.
4. Depositare materiale utilizzando una strategia di scansione raster con sovrapposizione del 30–50% tra le tracce adiacenti.
5. Costruire rivestimenti strato dopo strato, consentendo intervalli di raffreddamento controllati tra gli strati per minimizzare le tensioni residue.
6. Lasciare raffreddare i campioni a temperatura ambiente sotto un'atmosfera di argon dopo la deposizione.

3. Caratterizzazione microstrutturale e di fase

Preparazione metallografica
1. Taglia i campioni depositati perpendicolarmente alla direzione di costruzione usando una sega diamantata di precisione.
2. Immergere i campioni in epossidica conduttiva e indurire secondo le istruzioni del produttore.
3. Affilare con carta SiC (P120 a P1200) e lucidare con sospensioni diamantate fino a 1 μm.
Microscopia elettronica a scansione (SEM): Rivestire i campioni lucidati con uno strato conduttivo sottile prima dell'imaging SEM per ridurre la carica superficiale. Monta ogni campione lucidato su un monello di alluminio SEM usando nastro di carbonio conduttivo per un contatto elettrico corretto.
1. Posizionare i campioni montati in un rivestimento a spruzzo e depositare uno strato spesso 5–10 nm di oro o carbonio in un'atmosfera di argon. Applicare una corrente di sputtering di circa 20 mA per 45–60 s per garantire un rivestimento conduttivo uniforme. Dopo il rivestimento, conservare i campioni in un contenitore pulito e privo di polvere fino all'analisi SEM.
  NOTA: Rivestire i campioni lucidati con uno strato conduttivo di carbonio o oro (~5–10 nm): Per garantire una superficie conduttiva per l'imaging SEM e un'analisi elementare EDS accurata, ricoprire i campioni lucidati con uno strato sottile di carbonio o oro (~5–10 nm). Usa un rivestimento a spruzzo per applicare lo strato conduttivo. Fissare i campioni su mucchi di alluminio con nastro di carbone conduttivo e spruzzare uno strato d'oro da 5–10 nm a 20 mA per 60 secondi in un'atmosfera di argon. I materiali necessari per questa preparazione includono campioni metallurgici lucidati, una fonte di rivestimento in carbonio o oro, un rivestimento a spruzzo o evaporatore termico, un mucchio conduttivo per campioni, nastro adesivo e un bagno a ultrasuoni con etanolo o acetone. La procedura è la seguente:
  1. Preparazione del campione: Assicurati che la superficie del campione sia liscia e senza graffi. Per i campioni metallici, macinare con carte SiC: grana 320–1200, lucidare con pasta diamantata: 6–3–1 μm, pulire con etanolo o acetone per 5–10 minuti e asciugare completamente il campione usando aria calda o azoto.
  2. Scegli il materiale del rivestimento: il carbonio è comunemente usato per applicazioni EDS per minimizzare l'interferenza con i picchi elementari, mentre l'oro (Au) è adatto a campioni non conduttivi o poco conduttivi a causa della sua elevata conducibilità, anche se può oscurare i picchi elementari vicini nell'EDS.
  3. Scegli una tecnica di rivestimento:
    Rivestimento a sputter (preferito per metalli e SEM): Inserire il campione nella camera a vuoto con rivestimento a sputter, pompare fino ad alto vuoto, impostare la corrente e la tensione di sputtering secondo le specifiche del produttore e rivestire con sputter per un tempo calibrato per ottenere uno spessore di ~5–10 nm.
  4. Consigli per il rivestimento per ottenere i migliori risultati
    Ruotare il campione durante la deposizione per una copertura uniforme, evitare un sovrappeso (spessore >10 nm), verificare lo spessore del rivestimento con calibrazione o un profilometro e assicurarsi che il campione sia pulito dopo il rivestimento per prevenire contaminazioni.
  5. Archiviazione prima del SEM
    Conserva i campioni rivestiti in un contenitore privo di polvere ed evita di toccare la superficie rivestita per mantenere la conducibilità e la qualità dell'immagine.
  6. Opzionale: Rivestimento combinato
    Applicare uno strato sottile di carbonio (~5 nm) seguito da oro (~5 nm) per una precisione equilibrata nell'analisi elementare e una qualità dell'immagine migliorata, specialmente per campioni eterogenei o a bassa conduttività.
2. Effettuare l'imaging SEM con una tensione di accelerazione tra 10 e 20 kV e una distanza di lavoro di 8-12 mm.
3. Cattura immagini secondarie di elettroni per valutare la geometria del rivestimento, la porosità e la distribuzione del rinforzo. Posizionare i campioni rivestiti nella camera del microscopio elettronico a scansione e seguire la procedura dello strumento per raggiungere il livello di vuoto necessario. Cattura immagini elettroniche secondarie (SE) utilizzando un microscopio elettronico a scansione a emissione di campo a 10–15 kV e a una distanza di lavoro di 8–10 mm. Utilizzare il rivelatore secondario di elettroni per immagini superficiali ad alta risoluzione. Esegui micrografie a diversi ingrandimenti per analizzare la geometria del rivestimento, la porosità e la distribuzione del rinforzo negli strati rivestiti con laser. Includi una barra di scala nell'angolo in basso a destra di ogni immagine esportata.
  1. Preparazione del campione
    Lucidare il campione fino a renderlo piatto, macinare con carta grana da 320 a 1200 e lucidare usando pasta diamantata (6, 3, 1 μm). Pulire il campione in un bagno ultrasonico con etanolo o acetone e rivestirlo con uno strato conduttivo (circa 5–10 nm di carbonio o oro) per evitare la carica durante l'imaging.
  2. Montaggio del campione
    Attacca il campione a un mucchio conduttivo usando nastro adesivo o adesivo conduttivo, assicurandone che sia piatto e stabile. Inserisci il moncone nella camera SEM ed evacua verso il vuoto massimo.
  3. Selezione della modalità
    Nel software di controllo SEM, scegli la modalità elettrone secondario (SE) e seleziona un rivelatore che cattura i segnali SE. Regola la tensione di accelerazione in base al materiale e alle caratteristiche di interesse.
  4. Regolazione dei parametri
    Impostare la distanza di lavoro a 5–15 mm per una risoluzione più alta; utilizzare una piccola dimensione di punto (circa 1–5 nm) per migliorare la risoluzione; scegliere una velocità di scansione medio-lenta per un dettaglio migliore; regolare l'ingrandimento secondo necessità per l'analisi del rivestimento; e la corrente di bilanciamento del fascio per il controllo della luminosità e del rumore.
  5. Acquisizione dell'immagine
    Inizia con un ingrandimento basso e aumenta gradualmente per catturare i dettagli più fini. Scatta più immagini per coprire la geometria del rivestimento, la porosità e la distribuzione dei rinforzi.
  6. Inclinazione opzionale e prospettiva 3D
    Inclinare il campione (5–20°) per un contrasto topografico migliorato. Osserva le particelle di rinforzo che sporgono o si inseriscono nella matrice.
  7. Passaggi post-imaging
    Salva le immagini in formati ad alta risoluzione e annota le immagini con barre di scala, regioni di interesse e dimensioni delle particelle. Utilizzare software di analisi delle immagini per la quantificazione e l'analisi.
  8. Esempio di workflow per metallurgia rivestita
    Prepara un campione TiC – rinforzato con Ti, lucida, rivesti con carbonio, monta su un tronco conduttivo, inserisci nel SEM, usa la modalità SE a 15 kV, distanza di lavoro di 10 mm, acquisisci immagini per la geometria rivestita e la distribuzione del rinforzo, salva e analizza le immagini.
4. Eseguire analisi puntuali EDS e mappatura elementare per confermare la distribuzione Zr e TiC.
  Eseguire analisi elementari utilizzando un rivelatore di spettroscopia a raggi X a dispersione energetica (EDS) integrato con il sistema SEM. Far funzionare il SEM a una tensione di accelerazione di 15–20 kV per garantire un'eccitazione sufficiente dei segnali caratteristici a raggi X. Effettuare un'analisi puntuale su regioni selezionate di interesse all'interno dello strato rivestito per identificare la composizione elementare. Acquisire spettri con un tempo di acquisizione in tempo vivo di circa 60 secondi per ottenere picchi elementali affidabili.
  NOTA: Per la mappatura elementare, scansionare l'area selezionata della superficie rivestita raccogliendo segnali a raggi X spazialmente risolti corrispondenti agli elementi di interesse. Generare mappe di distribuzione per confermare la presenza e la distribuzione spaziale delle fasi di rinforzo di zirconio (Zr) e carburo di titanio (TiC) all'interno della matrice di titanio. Esporta le mappe elementali con barre di scala e pannelli coerenti per l'elaborazione delle immagini successiva.
  1. Preparazione del campione
    Lucida il campione fino a ottenere una finitura a specchio usando carta SiC e pasta diamantata. Pulisci il campione in un bagno a ultrasuoni con etanolo o acetone e applica un rivestimento conduttivo se necessario per evitare la carica.
  2. Montare campione e configurare SEM
    Monta il campione su un monello conduttivo con nastro di carbone, inseriscilo nella camera SEM e pompa in alto vuoto. Seleziona una tensione di accelerazione appropriata per il rilevamento EDS.
  3. Configurazione del rilevatore EDS
    Garantire un corretta raffreddamento e calibrazione del rivelatore EDS, calibrare lo spettrometro utilizzando un materiale standard e impostare il tempo di tempo in tempo reale o i conteggi per il rapporto segnale-rumore ottimale.
  4. Analisi dei punti EDS
    Naviga verso i punti di interesse sull'immagine SEM, acquisisci lo spettro EDS in ogni punto, identifica i picchi caratteristici per Zr, Ti e C, e registra la percentuale di peso o percentuale atomica utilizzando il software.
  5. Mappatura elementare EDS
    Seleziona l'area di interesse sull'immagine SEM, attiva la modalità di mappatura nel software EDS e inizia a scansionare per generare mappe di distribuzione elementare.
  6. Verifica con l'imaging SEM
    Usa l'imaging BSE per il contrasto composizionale, confronta le immagini SE e le mappe EDS per la correlazione.
  7. Salvataggio e analisi dei dati
    Salva spettri, mappe e immagini SEM annotate. Utilizzare software per la quantificazione delle frazioni elementari, la misurazione della dimensione delle particelle e il calcolo dell'uniformità della distribuzione.
Diffrazione a raggi X (XRD)
1. Caratterizzazione delle fasi
  Eseguire analisi elementari utilizzando un rivelatore di spettroscopia a raggi X a dispersione energetica (EDS) integrato con il sistema SEM. Far funzionare il SEM a una tensione di accelerazione di 15–20 kV per garantire un'eccitazione sufficiente dei segnali caratteristici a raggi X. Effettuare un'analisi puntuale su regioni selezionate di interesse all'interno dello strato rivestito per identificare la composizione elementare. Acquisire spettri con un tempo di acquisizione in tempo vivo di circa 60 secondi per ottenere picchi elementali affidabili.
  NOTA: Per la mappatura elementare, scansionare l'area selezionata della superficie rivestita raccogliendo segnali a raggi X spazialmente risolti corrispondenti agli elementi di interesse. Generare mappe di distribuzione per confermare la presenza e la distribuzione spaziale delle fasi di rinforzo di zirconio (Zr) e carburo di titanio (TiC) all'interno della matrice di titanio. Esporta le mappe elementali con barre di scala e pannelli coerenti per l'elaborazione delle immagini successiva.

4. Caratterizzazione meccanica

Test di microdurezza Vickers
1. Esegui misurazioni di microdurezza Vickers su sezioni lucidate utilizzando un carico di 100 g e un tempo di permanenza di 15 s.
2. Posizionare le rientranze a intervalli di almeno 100 μm per evitare effetti di interazione.
3. Calcola valori medi di durezza e deviazioni standard da almeno dieci misure per campione.

5. Test elettrochimici di corrosione

Configurazione delle celle elettrochimiche
1. Prepara una cella elettrochimica con il campione come elettrodo di lavoro, un elettrodo di platino in rete e un elettrodo di riferimento Ag/AgCl.
2. Esponi un'area di elettrodo di lavoro di 1 cm² usando una lacca isolante.
3. Usa un elettrolita acquoso NaCl/_{H 2}SO₄ mantenuto a 25 ± 1 °C.
Potenziale a circuito aperto e polarizzazione
1. Immergi il campione e lascia stabilizzare a potenziale a circuito aperto (OCP) per 30 minuti.
2. Eseguire scansioni di polarizzazione potenziodinamica da −0,25 V a +1,5 V contro Ag/AgCl a una velocità di scansione di 1 mV/s.
3. Determinare il potenziale di corrosione (E_corr) e la densità di corrente di corrosione (i_corr) dall'estrapolazione di Tafel.

6. Test integrato di tribocorrosione

Configurazione a tribocorrosione
1. Montare il campione elettrochimico in un tribometro a palla alternativa su piastra accoppiato a un potenziostato.
2. Usa una palla di controcorpo in allumina (Al₂_{O 3}) con diametro di 6 mm.
3. Applicare un carico normale di 5 N e una frequenza di scorrimento di 1 Hz su una distanza di scorrimento di 5 mm.
4. Eseguire test di tribocorrosione nello stesso elettrolita NaCl/_{H 2}SO₄ sotto controllo elettrochimico.
Esecuzione dei test e standard
1. Registra il coefficiente di attrito, la risposta alla corrente e il potenziale in modo continuo durante lo slitamento.
2. Eseguire test di tribocorrosione in conformità con ASTM G119 per valutare gli effetti sinergici di corrosione da usura.
3. Dopo il test, risciacquare i campioni con acqua distillata, asciugare con azoto ed esaminare le tracce di usura usando SEM.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

Caratterizzazione di polveri e substrati
Nella Figura 1 sono mostrate micrografie rappresentative di microscopia elettronica a scansione (SEM) delle polveri di rinforzo iniziale ((A) Ti, (B) Zr e (C) TiC. Le immagini illustrano morfologie tipiche delle particelle ottenute da polveri atomizzate a gas e provenienti commercialmente. Le particelle di titanio e zirconio presentavano prevalentemente forme sferiche a quasi sferiche, mentre quelle di carburo di t...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

Questo articolo sui metodi presenta un protocollo riproducibile per la fabbricazione, caratterizzazione e valutazione della tribocorrosione di compositi a base di TI₆_{Al 4V}prodotti in modo additivo, rinforzati con fasi ceramiche tramite deposizione laser di metallo (LMD). La metodologia integra la caratterizzazione delle polveri, la miscelazione automatica in situ, il rivestimento laser, l'analisi microstrutturale, i test elettrochimici e la valutazione acco...

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse legati a questo lavoro e non hanno utilizzato alcun strumento di scrittura con IA.

Ringraziamenti

Gli autori desiderano ringraziare la Durban University of Technology per il sostegno finanziario a questo lavoro.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Materie prime / Polveri
Ti₆Al4V Polvere			Gas-atomizzata, 15–53 μm (ASTM F136) Utilizzo nello studio: Materiale matrice per la placcatura laser e il substrato.
Zirconio (Zr) Polvere			Purezza ≥99,5 wt.%, 10–45 μm Utilizzo nello studio: Materiale di rinforzo composito e stabilizzatore.
Carburio di Titanio (TiC) Polvere			Purezza ≥99 wt.%, 2–10 μm Utilizzo nello studio: Materiale di rinforzo ceramico per composito.
Ti/TiC Polvere			Miscela di polveri composite (rapporti ponderali specifici) Utilizzo nello studio: Miscela di rinforzo per composito.
Zr/TiC Polvere			Miscela di polveri composite (rapporti ponderali specifici) Utilizzo nello studio: Miscela di rinforzo per composito.
Gasi e sostanze chimiche
Azoto (N2)			Ambiente controllato/Precauzione di sicurezza Utilizzo nello studio: Ambiente controllato per la miscelazione delle polveri e il sistema di Deposizione Laser di Metalli (LMD).
Argon (Ar)			Ambiente di spurgo, Gas di trasporto/schermatura Utilizzo nello studio: Caricamento della polvere, atmosfera LMD e ugello coassiale con gas di trasporto.
Acetone			Solvente detergente Utilizzo nello studio: Pulizia del substrato Ti6Al4V.
Etanolo			Solvente detergente Utilizzo nello studio:
Soluzione refrigerante			acqua Utilizzo nello studio: Pulizia del substrato Ti6Al4V.
Resina epossidica trasparente			Materiale di montaggio Utilizzo nello studio: Montaggio dei campioni per la preparazione degli elettrodi o metallurgica.
Epossidico conduttivo			Materiale di montaggio Utilizzo nello studio: Montaggio dei campioni per la microscopia (post-sezionamento)
Carta di smeriglio (SiC)			Varie dimensioni della grana Utilizzo nello studio: Levigatura dei campioni (preparazione metallurgica).
Pasta diamantata			Composto lucidante Utilizzo nello studio: Lucidatura delle superfici esposte degli elettrodi e delle sezioni trasversali.
Fluido corporeo simulato (SBF)			Elettrolita Utilizzo nello studio: Test di corrosione elettrochimica.
Elettrolita NaCl/H₂SO₄			Concentrazione non specificata Utilizzo nello studio: Test di corrosione elettrochimica.
Attrezzatura & Strumentazione
Microscopio elettronico a scansione (SEM)			Con spettroscopia a dispersione di energia (EDS) Utilizzo nello studio: Caratterizzazione delle polveri e dei substrati, analisi microstrutturale, dispersione del rinforzo ed mappatura EDS.

Riferimenti

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).

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Esplora altri articoli

Cladding Laser Rinforzo Ceramico Compositi in Ti6Al4V Manifattura Additiva Deposizione Laser di Metallo Caratterizzazione Microstrutturale Corrosione Elettrochimica Test di Microdurezza Tribometro Ball-on-Plate

Questo articolo è stato pubblicato

Video in arrivo

Tienimi aggiornato: