Tribocorrosiebeoordeling van laserbeklede keramiekversterkte TI6Al4V oppervlaktecomposieten

Ochonogor Onyeka Franklin; Mark Walker; Mahlatse Mphahlele

doi:10.3791/70074

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Tribocorrosiebeoordeling van laserbeklede keramiekversterkte TI₆Al₄V oppervlaktecomposieten

135 weergaven

⸱

DOI:

10.3791/70074

⸱

12 juni 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 dit artikel

Samenvatting

Beoordeling van de slijtvastheid, microhardheid en corrosiebestendigheid van composieten met keramische versterkingsdeeltjes (Zr/TiC- en Ti/TiC-systemen) onder omstandigheden die relevant zijn voor biomedische implantaten (NaCl/H₂SO₄).

Samenvatting

Dit artikel presenteert een uitgebreid experimenteel protocol voor het evalueren van het tribocorrosiegedrag van additiveel vervaardigde TI₆Al₄V-gebaseerde composieten, versterkt met keramische fasen met behulp van lasermetaaldepositie (LMD). Dit protocol behandelt de noodzaak om de synergetische degradatiemechanismen te begrijpen die ontstaan in componenten die worden blootgesteld aan mechanische belasting en corrosieve omgevingen in biomedische en lucht- en ruimtevaarttoepassingen. Het protocol omvat gecontroleerde laserbekleding van TI₆Al₄V met Zr/TiC- en Ti/TiC-versterkingen, gevolgd door gedetailleerde karakterisering van microstructurele, mechanische, elektrochemische en tribocorrosie. De procedures omvatten poederbehandeling, substraatvoorbereiding, laserbewerking, metallografische voorbereiding, microscopie, röntgendiffractie, microhardheidstesten, elektrochemische corrosiemetingen en tribocorrosietesten met behulp van een reciprocating ball–on-plate tribometer onder elektrochemische controle in een NaCl/H₂SO₄ elektrolyt. Deze methode maakt realtime beoordeling van slijtage-corrosie interacties mogelijk, inclusief passieve filmafbraak en herpassivering onder glijdende omstandigheden, terwijl rekening wordt gehouden met door additieve productie veroorzaakte microstructurele kenmerken. Het protocol dient als een gestandaardiseerd kader voor het evalueren van de effectiviteit van keramische versterkingsstrategieën bij het verbeteren van de functionaliteit van additief vervaardigde metalen systemen bedoeld voor uitdagende omgevingen.

Inleiding

Laseroppervlaktemodificatie waarbij keramische fasen worden opgenomen, is een effectieve methode om de oppervlakteprestaties van metalen implantaten te verbeteren, waardoor de vorming van corrosiebestendige en mechanisch versterkte coatings via lasermetaaldepositie (LMD)¹ mogelijk is. Titaniumlegering TI₆Al₄V wordt veel gebruikt in biomedische implantaten vanwege de biocompatibiliteit, de hoge sterkte-gewichtsverhouding en corrosiebestendigheid ^2,3. Desalniettemin blijft het kwetsbaar voor corrosie en tribocorrosie in agressieve fysiologische omgevingen, waar mechanische slijtage en elektrochemische afbraak de implantaatprestaties kunnen aantasten en nadelige biologische reacties kunnen veroorzaken 4,5,6,7. LMD verbetert de oppervlakte-eigenschappen door lokaal opnieuw smelten, snelle stolling en het opnemen van versterkende fasen, waardoor dichte, metallurgisch gebonden lagen met op maat gemaakte microstructuren ontstaan. In vergelijking met alternatieve technieken zoals lasernitriteren of elektronenbundelverwerking biedt LMD compositieflexibiliteit, lagere operationele kosten en brede toegankelijkheid ^8,9,10. Deze voordelen maken het bijzonder geschikt voor additively manufactured (AM) implantaten, waarbij corrosiebestendigheid cruciaal is voor langdurige in vivo prestaties¹⁰.

Het corrosie- en tribocorrosiegedrag van AM-implantaten wordt beïnvloed door porositeit, oppervlakteruwheid, restspanningen en microstructurele heterogeniteit¹¹. Daarom vereist evaluatie elektrochemische tests in agressieve elektrolyten (bijv. NaCl/H₂SO₄), aangevuld met microstructurele karakterisering met behulp van SEM en EDS. Nabewerkingsstrategieën, waaronder hete isostatische persen, oppervlaktepolijsten en laserresmelten, verbeteren de corrosiebestendigheid verder door defecten te verminderen en oppervlaktetopologie te verfijnen.

Versterkte TI₆Al₄V composieten die Zr, Ti en TiC bevatten, vertonen verbeterde corrosiebestendigheid dankzij een combinatie van verbeterde passieve laagstabiliteit en microstructurele verfijning. Zirkonium stabiliseert het passieve TiO₂ – ZrO₂ gemengde oxide, wat snelle herpassivatie en een hogere polarisatieweerstand ^12,13 bevordert. TiC- en Ti-deeltjes bieden mechanische versterking en fungeren als diffusiebarrières voor corrosieve ionen, terwijl goed gebonden grensvlakken microspleten minimaliseren die lokale corrosie¹⁴ kunnen veroorzaken. De Tabel van Materialen toont de gebruikte materialen, waaronder reagentia en instrumenten.

Het algemene doel van deze methode is het evalueren van de tribocorrosieprestaties van AM TI₆Al₄V composieten versterkt met keramische deeltjes (Zr/TiC en Ti/TiC), waarmee synergetische schademechanismen worden vastgelegd die optreden bij gelijktijdige mechanische slijtage en elektrochemische blootstelling. Tribocorrosietesten integreren slijtage- en elektrochemische metingen, en bieden realtime beoordeling onder dynamische, fysiologisch relevante omstandigheden 15,16,17,18,19,20. De methode is geschikt voor draagkrachtige biomedische implantaten of componenten die worden blootgesteld aan gecombineerde mechanische en chemische spanningen, waarbij worst-case in-vivo scenario's worden gesimuleerd met chloridehoudende elektrolyten. Optimale prestaties worden bereikt door mechanische versterking in balans te brengen met elektrochemische stabiliteit, waarbij het belang van microstructurele uniformiteit en passieve filmintegriteit wordt benadrukt. Dit protocol biedt een reproduceerbaar, toepassingsrelevant kader voor het beoordelen van AM TI₆Al₄V composieten onder tribocorrosieomstandigheden, ter ondersteuning van geïnformeerde materiaalkeuze, oppervlakte-engineering en implantaatontwerp.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Materialen, uitrusting en startpoeders

Startpoeders
1. Verkrijg gasgeatomiseerd TI₆Al₄V-poeder (ASTM F136) met een deeltjesgroottebereik van 15–53 μm, zirkonium (Zr) poeder met ≥99,5 wt% zuiverheid en deeltjesgrootte van 10–45 μm, en titaniumcarbide (TiC) poeder met ≥99 wt% zuiverheid en deeltjesgrootte van 2–10 μm.
2. Bewaar alle poeders in afgesloten containers onder een droge argonatmosfeer om oxidatie en vochtopname te voorkomen vóór de verwerking.
Substraatvoorbereiding
1. Snijd TI₆Al₄V substraatplaten af tot afmetingen van 50 mm × 50 mm × 5 mm.
2. Slijp het substraatoppervlak sequentieel met SiC-papier van P320 tot P800 korrel om oppervlakteoxiden en onregelmatigheden te verwijderen.
3. Reinig de substraten ultrasoon met aceton gedurende 10 minuten, gevolgd door ethanol gedurende 10 minuten.
4. Droog de substraten met samengeperste stikstof en monteer ze stevig op het laser-metaalafzettingsplatform (LMD).

2. Lasermetaalafzetting van keramisch versterkte oppervlakcomposieten

LMD-systeemconfiguratie
1. Gebruik een lasermetaalafzettingssysteem uitgerust met een multi-hopper poedervoereenheid.
2. Gebruik een continu-golf vezellaser met een golflengte van ongeveer 1070 nm.
3. Stel de diameter van de laserspot in op 1,0–1,5 mm met behulp van een coaxiale nozzle.
Poedervoeding en afscherming
1. Laad TI₆, Al₄V, Zr en TiC poeders in aparte hoppers onder een met argon gevulde handschoenenkast.
2. Zuiver alle poederlijnen en hoppers met hoogzuiver argon gedurende minstens 20 minuten om het zuurstofgehalte onder de 10 ppm te brengen.
3. Kalibriseer elke poedervoeder gravimetrisch en pas de toevoersnelheden aan om de gewenste samenstelling te bereiken, waarbij een totale poedertoevoersnelheid van 5–10 g/min wordt gehandhaafd met een afwijking van ±2%.
Afzettingsparameters
1. Stel het laservermogen in op 800–1200 W.
2. Stel de scansnelheid in op 6–12 mm/s.
3. Houd een argon-afschermingsgasstroom van 10–15 L/min om de gesmolten poel te beschermen tegen oxidatie.
4. Afzettingsmateriaal met een rasterscanstrategie met 30–50% overlap tussen aangrenzende sporen.
5. Bouw coatings laag voor laag, zodat gecontroleerde koelintervallen tussen lagen mogelijk zijn om restspanning te minimaliseren.
6. Laat monsters na afzetting afkoelen tot kamertemperatuur onder een argonatmosfeer.

3. Microstructurele en fasekarakterisering

Metallografische voorbereiding
1. Snijd de afgezet monsters loodrecht op de bouwrichting met een precisie-diamantzaag.
2. Plaats de monsters in geleidende epoxy en hard uit volgens de instructies van de fabrikant.
3. Slijp met SiC-papieren (P120 tot P1200) en polijst met diamantophangingen tot 1 μm.
Scanning elektronenmicroscopie (SEM): Bedek de gepolijste monsters met een dunne geleidende laag vóór SEM-beeldvorming om oppervlaktelading te verminderen. Bevestig elk gepolijst monster op een aluminium SEM-stomp met geleidend koolstoftape voor een goed elektrisch contact.
1. Plaats de gemonteerde monsters in een sputter coater en breng een 5–10 nm dikke laag goud of koolstof af in een argonatmosfeer. Breng een sputterstroom van ongeveer 20 mA aan gedurende 45–60 seconden om een uniforme geleidende coating te garanderen. Na het coaten bewaar je de monsters in een schone, stofvrije container tot de SEM-analyse.
  OPMERKING: Bedek gepolijste monsters met een geleidende koolstof- of goudlaag (~5–10 nm): Om een geleidend oppervlak voor SEM-beeldvorming en nauwkeurige EDS-elementanalyse te garanderen, bedek gepolijste monsters met een dunne laag koolstof of goud (~5–10 nm). Gebruik een sputter coater om de geleidende laag aan te brengen. Bevestig de monsters op aluminium stompjes met geleidend koolstoftape en sputter een goudlaag van 5–10 nm bij 20 mA gedurende 60 seconden in een argonatmosfeer. Materialen die voor deze voorbereiding nodig zijn, zijn onder andere gepolijste metallurgische monsters, een koolstof- of goudcoating, een sputter coater of thermische verdamper, een geleidend monsterstompje, lijmband en een ultrasoon bad met ethanol of aceton. De procedure is als volgt:
  1. Monstervoorbereiding: Zorg ervoor dat het oppervlak van het monster glad en krasvrij is. Voor metalen monsters maal je met SiC-papier: korrel 320–1200, polijst met diamantpasta: 6–3–1 μm, schoonmaak in ethanol of aceton gedurende 5–10 minuten, en droog het monster volledig met warme lucht of stikstof.
  2. Kies het coatingmateriaal: Koolstof wordt vaak gebruikt voor EDS-toepassingen om interferentie met elementaire pieken te minimaliseren, terwijl goud (Au) geschikt is voor niet-geleidende of slecht geleidende monsters vanwege de hoge geleidbaarheid, hoewel het nabijgelegen elementaire pieken in EDS kan verhullen.
  3. Kies een coatingtechniek:
    Sputtercoating (voorkeur voor metalen en SEM): Plaats het monster in de vacuümkamer van de sputter coater, pomp naar hoog vacuüm, stel de sputterstroom en spanning in volgens de specificaties van de fabrikant, en sputtercoat gedurende een gekalibreerde tijd om een dikte van ~5–10 nm te bereiken.
  4. Coatingtips voor het beste resultaat
    Roteer het monster tijdens depositie voor een uniforme dekking, voorkom overcoating (>10 nm dikte), controleer de coatingdikte met kalibratie of een profilometer, en zorg ervoor dat het monster na de coating schoon is om besmetting te voorkomen.
  5. Opslag vóór SEM
    Bewaar gecoate monsters in een stofvrije container en vermijd aanraking van het gecoate oppervlak om geleidbaarheid en beeldkwaliteit te behouden.
  6. Optioneel: Combinatiecoating
    Breng een dunne koolstoflaag aan (~5 nm) gevolgd door goud (~5 nm) voor een evenwichtige elementaire analysenauwkeurigheid en verbeterde beeldkwaliteit, vooral voor heterogene of monsters met lage geleidbaarheid.
2. Voer SEM-beeldvorming uit met een versnellingsspanning tussen 10 en 20 kV en een werkafstand van 8 tot 12 mm.
3. Maakt secundaire elektronenbeelden om de beklede geometrie, porositeit en verstevigingsverdeling te evalueren. Plaats de gecoate monsters in de kamer van de scanning-elektronenmicroscoop en volg de procedure van het instrument om het benodigde vacuümniveau te bereiken. Maakt secundaire elektronen (SE) beelden met een veld-emissie scanning-elektronenmicroscoop bij 10–15 kV en een werkafstand van 8–10 mm. Gebruik de secundaire elektronendetector voor hoogresolutie oppervlaktebeelden. Neem microfoto's bij verschillende vergrotingen om de beklede geometrie, porositeit en verstevigingsverdeling in de laserbeklede lagen te analyseren. Voeg een schaalbalk toe rechtsonder van elke geëxporteerde afbeelding.
  1. Monstervoorbereiding
    Polijst het monster plat, maal met korrelpapier van 320 tot 1200, en polijst met diamantpasta (6, 3, 1 μm). Reinig het monster in een ultrasoon bad met ethanol of aceton en bedek het met een geleidende laag (ongeveer 5–10 nm koolstof of goud) om opladen tijdens beeldvorming te voorkomen.
  2. Voorbeeldmontage
    Bevestig het monster aan een geleidende stomp met koolstoftape of geleidende lijm, zodat het vlak en stabiel is. Plaats de stomp in de SEM-kamer en evacueer naar hoog vacuüm.
  3. Moduskeuze
    In de SEM-besturingssoftware kies je secundaire elektron (SE) modus en selecteer je een detector die SE-signalen opvangt. Pas de versnellingsspanning aan op basis van het materiaal en de relevante kenmerken.
  4. Parameters aanpassen
    Stel de werkafstand in op 5–15 mm voor een hogere resolutie; gebruik een kleine spotgrootte (ongeveer 1–5 nm) voor een betere resolutie; Kies een medium–langzame scansnelheid voor betere details; pas de vergroting aan indien nodig voor clad-analyse; en balansbalkstroom voor helderheids- en ruiscontrole.
  5. Beeldverwerving
    Begin met een lage vergroting en verhoog geleidelijk om fijnere details vast te leggen. Maak meerdere afbeeldingen om de beklede geometrie, porositeit en verstevigingsverdeling te belichten.
  6. Optionele kanteling en 3D-perspectief
    Kantel het monster (5–20°) voor een verbeterd topografisch contrast. Observeer versterkingsdeeltjes die uitsteken of inbedden in de matrix.
  7. Stappen na beeldvorming
    Sla afbeeldingen op in hoge resolutieformaten en annoteer ze met schaalbalken, interessegebieden en deeltjesgroottes. Gebruik beeldanalysesoftware voor kwantificatie en analyse.
  8. Workflowvoorbeeld voor beklede metallurgie
    Bereid een TiC-versterkt Ti-bekleed monster voor, polijst, bedek met koolstof, monteer op een geleidende stomp, voeg het in SEM, gebruik SE-modus bij 15 kV, 10 mm werkafstand, neem beelden voor beklede geometrie en verstevigingsverdeling, sla beelden op en analyseer beelden.
4. Voer EDS-puntanalyse en elementaire mapping uit om de Zr- en TiC-verdeling te bevestigen.
  Voer elementanalyse uit met behulp van een energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDS) detector geïntegreerd in het SEM-systeem. Bedien de SEM op een versnellingsspanning van 15–20 kV om voldoende excitatie van karakteristieke röntgensignalen te garanderen. Voer puntanalyse uit op geselecteerde interessegebieden binnen de beklede laag om de elementaire samenstelling te identificeren. Verkrijg spectra met een live verwervingstijd van ongeveer 60 seconden om betrouwbare elementaire pieken te verkrijgen.
  OPMERKING: Voor elementaire mapping scan je het geselecteerde gebied van het beklede oppervlak terwijl je ruimtelijk opgeloste röntgensignalen verzamelt die overeenkomen met de elementen van belang. Genereer distributiekaarten om de aanwezigheid en ruimtelijke verspreiding van zirconium (Zr) en titaniumcarbide (TiC) versterkingsfasen binnen de titaniummatrix te bevestigen. Exporteer de elementaire kaarten met consistente schaalbalken en paneellabels voor latere beeldverwerking.
  1. Monstervoorbereiding
    Polijst het monster tot een spiegelafwerking met SiC-papier en diamantpasta. Maak het monster schoon in een ultrasoon bad met ethanol of aceton en breng indien nodig een geleidende coating aan om lading te voorkomen.
  2. Mount sample en configureer SEM
    Bevestig het monster op een geleidende stomp met koolstoftape, plaats het in de SEM-kamer en pomp het naar hoogvacuüm. Selecteer een geschikte versnellingsspanning voor EDS-detectie.
  3. EDS-detectoropstelling
    Zorg voor een goede koeling en kalibratie van de EDS-detector, kalibreer de spectrometer met een standaardmateriaal en stel live time of tellingen in voor een optimale signaal-ruisverhouding.
  4. EDS-puntanalyse
    Navigeer naar interessante punten op het SEM-beeld, verkrijg het EDS-spectrum bij elk punt, identificeer karakteristieke pieken voor Zr, Ti en C, en registreer gewichtpercentage of atomaire % met de software.
  5. EDS elementaire mapping
    Selecteer het interessegebied op de SEM-afbeelding, activeer de mappingmodus in de EDS-software en begin met scannen om kaarten van elementaire distributie te genereren.
  6. Kruisvergelijking met SEM-beeldvorming
    Gebruik BSE-beeldvorming voor samenstellingscontrast, vergelijk SE-beelden en EDS-kaarten voor correlatie.
  7. Gegevensopslag en analyse
    Bewaar spectra, kaarten en geannoteerde SEM-afbeeldingen. Gebruik software voor kwantificering van elementaire fracties, het meten van deeltjesgrootte en de berekening van verdelingsuniformiteit.
Röntgendiffractie (XRD)
1. Fasekarakterisering
  Voer elementanalyse uit met behulp van een energiedispersieve röntgenspectroscopie (EDS) detector geïntegreerd in het SEM-systeem. Bedien de SEM op een versnellingsspanning van 15–20 kV om voldoende excitatie van karakteristieke röntgensignalen te garanderen. Voer puntanalyse uit op geselecteerde interessegebieden binnen de beklede laag om de elementaire samenstelling te identificeren. Verkrijg spectra met een live verwervingstijd van ongeveer 60 seconden om betrouwbare elementaire pieken te verkrijgen.
  OPMERKING: Voor elementaire mapping scan je het geselecteerde gebied van het beklede oppervlak terwijl je ruimtelijk opgeloste röntgensignalen verzamelt die overeenkomen met de elementen van belang. Genereer distributiekaarten om de aanwezigheid en ruimtelijke verspreiding van zirconium (Zr) en titaniumcarbide (TiC) versterkingsfasen binnen de titaniummatrix te bevestigen. Exporteer de elementaire kaarten met consistente schaalbalken en paneellabels voor latere beeldverwerking.

4. Mechanische karakterisering

Vickers microhardheidstest
1. Voer Vickers-microhardheidsmetingen uit op gepolijste doorsneden met een belasting van 100 g en een inhoutijd van 15 seconden.
2. Breng indrukken aan op intervallen van minstens 100 μm om interactie-effecten te voorkomen.
3. Bereken gemiddelde hardheidswaarden en standaardafwijkingen uit minstens tien metingen per monster.

5. Elektrochemische corrosietesten

Elektrochemische celopstelling
1. Bereid een elektrochemische cel voor met het monster als werkelektrode, een platina mesh counter-elektrode en een Ag/AgCl referentie-elektrode.
2. Leg een werkelektrodegebied van 1 cm² bloot met een isolerende lak.
3. Gebruik een NaCl/H₂SO₄ waterige elektrolyt die op 25 ± 1 °C wordt gehouden.
Open circuit potentiaal en polarisatie
1. Laat het monster onderdompelen en stabilisatie bij open circuit potentiaal (OCP) gedurende 30 minuten toestaan.
2. Voer potentiodynamische polarisatiescans uit van −0,25 V tot +1,5 V versus Ag/AgCl bij een scansnelheid van 1 mV/s.
3. Bepaal het corrosiepotentiaal (E_corr) en de corrosiestroomdichtheid (i_corr) uit de Tafel-extrapolatie.

6. Geïntegreerde tribocorrosietesten

Tribocorrosie-opstelling
1. Bevestig het elektrochemische monster in een reciproke bol-op-plaat tribometer gekoppeld aan een potentiostaat.
2. Gebruik een alumina (Al₂O₃) counterbody-bal met een diameter van 6 mm.
3. Leg een normale belasting van 5 N en een schuiffrequentie van 1 Hz toe over een schuifafstand van 5 mm.
4. Voer tribocorrosietests uit in dezelfde NaCl/H₂SO₄ elektrolyt onder elektrochemische controle.
Testuitvoering en standaarden
1. Registreer continu de wrijvingscoëfficiënt, de stroomrespons en het potentiaal tijdens het schuiven.
2. Voer tribocorrosietests uit volgens ASTM G119 om synergetische slijtagecorrosie-effecten te evalueren.
3. Na het testen spoel je monsters af met gedestilleerd water, droog je met stikstof en onderzoek je slijtagesporen met SEM.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Karakterisering van poeder en substraat
Vertegenwoordigende scanning elektronenmicroscopie (SEM) micrografieën van de startversterkingspoeders ((A) Ti, (B) Zr en (C) TiC) zijn weergegeven in Figuur 1. De afbeeldingen illustreren typische deeltjesmorfologieën verkregen uit gasgeïnvesteerde en commercieel verkregen poeders. Titanium- en zirkoniumdeeltjes vertoonden voornamelijk bolvormige tot bijna bolvormige vormen, terwijl titaniumcarbide (TiC) deeltjes m...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Dit methodeartikel presenteert een reproduceerbaar protocol voor de fabricage, karakterisering en tribocorrosie-evaluatie van additief vervaardigde TI₆Al₄V-gebaseerde composieten, versterkt met keramische fasen met behulp van lasermetaaldepositie (LMD). De methodologie integreert poederkarakterisering, geautomatiseerd in situ mengen, laserbekleding, microstructurele analyse, elektrochemische tests en gekoppelde tribocorrosiebeoordeling om de complexe degrad...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben geen belangenconflicten met betrekking tot dit werk en hebben geen AI-schrijftool gebruikt.

Dankbetuigingen

De auteurs willen de Durban University of Technology bedanken voor de financiële steun voor dit werk.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Grondstoffen / Poeders
Ti₆Al4V Poeder			Gas-geatemperd, 15–53 μm (ASTM F136) Gebruik in Studie: Matrixmateriaal voor lasercladding en substraat.
Zirconium (Zr) Poeder			Zuiverheid ≥99.5 wt.%, 10–45 μm Gebruik in Studie: Composiet versterking en stabilisatie materiaal.
Titanium Carbide (TiC) Poeder			Zuiverheid ≥99 wt.%, 2–10 μm Gebruik in Studie: Keramische versterkingsmateriaal voor composiet.
Ti/TiC Poeder			Gemengd composietpoeder (specifieke gewichtsverhoudingen) Gebruik in Studie: Versterkingsblend voor composiet.
Zr/TiC Poeder			Gemengd composietpoeder (specifieke gewichtsverhoudingen) Gebruik in Studie: Versterkingsblend voor composiet.
Gasen & Chemicaliën
Stikstof (N2)			Gecontroleerde omgeving/Veiligheidsmaatregel Gebruik in Studie: Gecontroleerde omgeving voor poedermengen en Laser Metal Deposition (LMD) systeem.
Argon (Ar)			Purge-omgeving, Drager/Beschermgas Gebruik in Studie: Poeder laden, LMD atmosfeer, en coaxiale mondstuk met dragergas.
Aceton			Reinigingsoplosmiddel Gebruik in Studie: Reiniging van Ti6Al4V substraat.
Ethanol			Reinigingsoplosmiddel Gebruik in Studie:
Koelvloeistof			water Gebruik in Studie: Reiniging van Ti6Al4V substraat.
Transparante epoxyhars			Monteermateriaal Gebruik in Studie: Monteren van monsters voor elektrode of metallurgische voorbereiding.
Leidbaar epoxy			Monteermateriaal Gebruik in Studie: Monteren van monsters voor microscopie (na snijden)
Schuurpapier (SiC)			Verschillende korrelgroottes Gebruik in Studie: Slijpen van monsters (metallurgische voorbereiding).
Diamantpasta			Polijstmiddel Gebruik in Studie: Polijsten van de blootgestelde oppervlakken van elektroden en dwarsdoorsneden.
Gesimuleerd lichaamsvocht (SBF)			Elektrolyte Gebruik in Studie: Elektrochemisch corrosietesten.
NaCl/H₂SO₄ Elektrolyt			Ongespecificeerde concentratie Gebruik in Studie: Elektrochemisch corrosietesten.
Apparatuur & Instrumentatie
Scanning Electron Microscope (SEM)			Met Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) Gebruik in Studie: Karakterisering van poeders en substraten, microstructuuranalyse, versterkingsdispersie, en EDS mapping.

Referenties

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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Lasercladding keramische versterking Ti6Al4V-composieten additieve productie laser-metaaldepositie microstructuurkarakterisering elektrochemische corrosie microhardheidsmeting ball-on-plate tribometer

Dit artikel is gepubliceerd

Video binnenkort beschikbaar

Houd me op de hoogte: