Lazer kaplamalı seramik takviyeli TI6al4V yüzey kompozitlerinin tribokorozyon değerlendirmesi

Ochonogor Onyeka Franklin; Mark Walker; Mahlatse Mphahlele

doi:10.3791/70074

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Lazer kaplamalı seramik takviyeli TI₆al₄V yüzey kompozitlerinin tribokorozyon değerlendirmesi

132 görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/70074

⸱

12 Haziran 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

Bu makalede

Özet

Seramik takviye parçacıklarıyla (Zr/TiC ve Ti/TiC sistemleri) kompozitlerin aşınma direnci, mikrosertlik ve korozyona dayanıklılığının biyomedikal implantlarla ilgili koşullarda değerlendirilmesi (NaCl/_{H 2}_{SO 4}).

Özet

Bu makale, lazer metal biriktirme (LMD) kullanılarak seramik fazlarla güçlendirilmiş katmatik olarak üretilen TI₆Al_4Vbazlı kompozitlerin tribokorozyon davranışını değerlendirmek için kapsamlı bir deneysel protokol sunmaktadır. Bu protokol, biyomedikal ve havacılık uygulamalarında mekanik yük ve aşındırıcı ortamlara maruz kalan bileşenlerde ortaya çıkan sinerjik bozulma mekanizmalarının anlaşılması ihtiyacını ele alır. Protokol, TI₆Al₄V'nin kontrollü lazer kaplamasını Zr/TiC ve Ti/TiC takviyeleriyle takip etmesini, ardından ayrıntılı mikroyapısal, mekanik, elektrokimyasal ve tribokorozyon karakterizasyonunu içerir. Prosedürler, toz kullanımı, substrat hazırlanması, lazer işleme, metallografik hazırlık, mikroskopi, X-ışını difraksiyonu, mikrosertlik testi, elektrokimyasal korozyon ölçümleri ve NaCl/H₂SO₄ elektrolitinde elektrokimyasal kontrol altında reciprocating ball-on-plate tribometre kullanılarak tribokorozyon testlerini kapsar. Bu yöntem, aşınma-korozyon etkileşimlerinin gerçek zamanlı olarak değerlendirilmesini sağlar; pasif film kırılması ve kayma koşullarında yeniden pasifasyon dahil, aynı zamanda ek üretimden kaynaklanan mikrostruktural özellikleri de hesaba katır. Protokol, zorlu ortamlar için tasarlanmış ek olarak üretilen metalik sistemlerin işlevselliğini artırmadaki seramik güçlendirme stratejilerinin etkinliğini değerlendirmek için standartlaştırılmış bir çerçeve olarak hizmet vermektedir.

Giriş

Seramik fazları içeren lazer yüzey modifikasyonu, metal implantların yüzey performansını artırmak için etkili bir yaklaşımdır ve lazer metal biriktirme (LMD)¹ ile korozyona dayanıklı ve mekanik olarak güçlendirilmiş kaplamaların oluşturulmasını mümkün kılar. Titanyum alaşımlı TI₆Al₄V, biyolojik uyumluluk, yüksek dayanıklılık-ağırlık oranı ve korozyona^{dayanıklılığı} ^2,3 nedeniyle biyomedikal implantlarda yaygın olarak kullanılır. Buna rağmen, mekanik aşınma ve elektrokimyasal bozulmanın implant performansını zayıflatabileceği ve olumsuz biyolojik tepkileri tetikleyebildiği agresif fizyolojik ortamlarda korozyon ve tribokorsiyona karşı^{savunmasızdır.} 4,5,6,7. LMD, yerel yeniden eritme, hızlı katılaşma ve güçlendirme fazlarının dahil edilmesi yoluyla yüzey özelliklerini iyileştirir; yoğun, metalurjik olarak bağlanmış katmanlar ve özel mikroyapılara sahiptir. Lazer nitrim veya elektron ışını işleme gibi alternatif tekniklerle karşılaştırıldığında, LMD bileşimsel esneklik, daha düşük işletme maliyetleri ve geniş erişilebilirlik ^8,9,10 sunar. Bu avantajlar, uzun vadede in vivo performans için korozyon direncinin kritik olduğu ekler üretimi () implantlar için özellikle uygun^kılar.

implantlarının koronozyon ve tribokorozyon davranışı, gözeneklik, yüzey pürürlüğü, kalıntı gerilimler ve mikrostruktural heterojenlikten^etkilenir. Bu nedenle, değerlendirme, agresif elektrolitlerde (örneğin NaCl/H₂SO₄) elektrokimyasal testler gerektirir ve SEM ile EDS kullanılarak mikrostruktural karakterizasyon ile tamamlanır. Sıcak izostatik presleme, yüzey parlatma ve lazerle yeniden eritme gibi işlemler sonrası stratejiler, kusurları azaltarak ve yüzey topolojisini iyileştirerek korozyon direncini daha da artırır.

Zr, Ti ve TiC içeren güçlendirilmiş TI₆Al_4Vkompozitler, geliştirilmiş pasif katman stabilitesi ve mikrostruktural arinmişliğin birleşimi sayesinde korozyona karşı daha iyi direnç gösterir. Zirkonyum, pasif TiO₂ – ZrO₂ karışımı oksidi stabilize eder, hızlı yeniden pasivasyonu ve daha yüksek polarizasyon^{direncini destekler} ^12,13. TiC ve Ti parçacıkları mekanik takviye sağlar ve aşındırıcı iyonlara karşı difüzyon bariyeri olarak görev yaparken, iyi bağlanmış arayüzler lokal korozyonu başlatabilecek mikro^{çatlakları en aza indirir.} Malzemeler Tablosu, kullanılan malzemeleri, reaktifler ve aletler dahil olmak üzere gösterir.

Bu yöntemin genel amacı, seramik parçacıklarla güçlendirilmiş_{TI 6}Al_4Vkompozitlerinin tribokorozyon performansını değerlendirmek, mekanik aşınma ve elektrokimyasal maruziyet sırasında eşzamanlı gerçekleşen sinerjik hasar mekanizmalarını yakalamaktır. Tribokorozyon testi, aşınma ve elektrokimyasal ölçümleri entegre ederek, dinamik, fizyolojik olarak ilgili koşullar altında gerçek zamanlı^{değerlendirme sağlar 15,16,17,18,19,20}. Bu yöntem, yük taşıyan biyomedikal implantlar veya bileşenler için birleşik mekanik ve kimyasal gerilimlere maruz kalmaya uygundur ve klorür içeren elektrolitlerle en kötü durum in vivo senaryolarını simüle eder. Optimal performans, mekanik takviye ile elektrokimyasal kararlılığın dengelenmesiyle sağlanır ve mikroyapısal uniformlik ile pasif film bütünlüğünün önemi vurgulanır. Bu protokol, TI₆Al_4Vkompozitlerin tribokorozyon koşullarında değerlendirilmesi için tekrarlanabilir ve uygulamaya uygun bir çerçeve sağlar; bilinçli malzeme seçimi, yüzey mühendisliği ve implant tasarımını destekler.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Malzemeler, ekipman ve başlatma tozları

Başlangıç tozları
1. 15–53 μm parçacık boyut aralığına sahip gaz atomize TI₆Al₄V tozu (ASTM F136), ≥99,5% saflıkta zirkonyum (Zr) tozu ve 10–45 μm parçacık boyutuna sahip, ≥99% saflıkta ve parçacık boyutu 2–10 μm olan titanyum karbür (TiC) tozu elde edinin.
2. İşlemden önce oksidasyon ve nem alımını önlemek için tüm tozları, kapalı kaplarda kuru argon atmosferinde saklayın.
Substrat hazırlığı
1. TI₆Al₄V alt tabaka plakalarını 50 mm × 50 mm × 5 mm boyutlarında kesin.
2. Yüzey yüzeyini, yüzey oksitlerini ve düzensizlikleri çıkarmak için P320'den P800 kumuna kadar SiC kağıtları kullanarak sıralı olarak öğütün.
3. Substratları asetonla ultrasonla 10 dakika temizleyin, ardından etanol ile 10 dakika kullanın.
4. Substratları sıkıştırılmış azot kullanarak kurutup lazer metal biriktirme (LMD) yapı platformuna güvenli bir şekilde monte edin.

2. Seramik güçlendirilmiş yüzey kompozitlerinin lazerle metal biriktirmesi

LMD sistem yapılandırması
1. Çok havuzlu toz besleme ünitesiyle donatılmış lazer metal biriktirme sistemi kullanın.
2. Yaklaşık 1070 nm dalga boyuna sahip sürekli dalga fiber lazer kullanın.
3. Lazer nokta çapını koaksiyel nozul kullanarak 1,0–1,5 mm olarak ayarlayın.
Toz besleme ve koruma
1. TI₆Al₄V, Zr ve TiC tozlarını argon dolu bir tordiven kutusunun altında ayrı bunkerlere yükleyin.
2. Tüm toz hatlarını ve bunkerleri en az 20 dakika boyunca yüksek saflıkta argon ile temizleyin, böylece oksijen seviyesi 10 ppm'nin altına düşsün.
3. Her toz besleyicisini gravimetrik olarak kalibre edin ve istenen bileşimi elde etmek için besleme hızlarını ayarlayın; toplam toz besleme hızını %±4–2 civarında bir sapma ile 5–10 g/dakika tutarak.
Biriktirme parametreleri
1. Lazer gücünü 800–1200 W olarak ayarlayın.
2. Tarama hızını 6–12 mm/s olarak ayarlayın.
3. Erimiş havuzu oksidasyondan korumak için argon koruyucu gaz akışını 10–15 L/dakika olarak koruyun.
4. Yatan materyal, bitişik izler arasında %30–50 örtüşme olan raster tarama stratejisi kullanılarak hazırlanır.
5. Katman katman kaplamalar oluşturun, böylece katmanlar arasında kontrollü soğuma aralıkları oluşarak kalan gerilimi en aza indirin.
6. Biriktirildikten sonra örneklerin argon atmosferinde oda sıcaklığına soğumasına izin verin.

3. Mikrostruktural ve faz karakterizasyonu

Metallografik hazırlık
1. Depolanan örnekleri yapım yönüne dik olarak hassas elmas testere ile kesin.
2. Örnekleri iletken epoksiye gömüp üreticinin talimatlarına göre kürleyin.
3. SiC kağıtlarıyla (P120'den P1200'e kadar) öğütün ve elmas süspansiyonlarla 1 μm'ye kadar parlatın.
Taramalı elektron mikroskopisi (SEM): SEM görüntülemeden önce parlatılmış örnekleri ince iletken bir tabakayla kaplayarak yüzey yükünü azaltabilir. Her parlatılmış örneği, elektrik teması için iletken karbon bant kullanarak alüminyum bir SEM sindi üzerine monte edin.
1. Monte edilen örnekleri bir sputter kaplamaya yerleştirin ve argon atmosferine 5–10 nm kalınlığında altın veya karbon tabakası yerleştirin. Yaklaşık 20 mA'lık bir sıçrama akımı uygulayarak eşit bir iletken kaplama sağlanır. Kaplamadan sonra, örnekleri temiz, tozsuz bir kapta SEM analizine kadar saklayın.
  NOT: Iletken karbon veya altın tabakası (~5–10 nm) ile cilaladı örnekleri kaplamak: SEM görüntüleme ve doğru EDS element analizi için iletken bir yüzey sağlamak amacıyla, parlatılmış örnekleri ince bir karbon veya altın tabakası (~5–10 nm) ile kaplayın. İletken katmanı uygulamak için bir sputter kaplama kullanın. Örnekleri alüminyum kutulara iletken karbon bantla sabitleyin ve argon atmosferinde 20 mA'da 5–10 nm boyutunda altın tabakayı 60 saniye boyunca püskürtün. Bu hazırlık için gereken malzemeler arasında cilalı metalurjik örnekler, karbon veya altın kaplama kaynağı, sputter kaplama veya termal evaporatör, iletken örnek sapı, yapışkan bant ve etanol veya asetonlu ultrasonik banyo bulunur. Prosedür şöyledir:
  1. Numune hazırlama: Numune yüzeyinin pürüzsüz ve çizilmemiş olduğundan emin olun. Metalik örnekler için SiC kağıtlarıyla öğütün: 320–1200 kum, elmas macunu ile cilala: 6–3–1 μm, etanol veya asetonda 5–10 dakika temizleyin ve numuneyi tamamen sıcak hava veya azotla kurutan.
  2. Kaplama malzemesini seçin: Karbon, EDS uygulamalarında elemansal zirvelerle paraziti en aza indirmek için yaygın olarak kullanılırken, altın (Au) yüksek iletkenliği nedeniyle iletken olmayan veya kötü iletken örnekler için uygundur, ancak EDS'deki yakınlardaki element zirvelerini gizleyebilir.
  3. Bir kaplama tekniği seçin:
    Sputter kaplama (metaller ve SEM için tercih edilir): Numuneyi sputter kaplama vakum odasına yerleştirin, yüksek vakuma pompalayın, sputtering akımı ve voltajı üreticinin spesifikasyonlarına göre ayarlayın ve sputter-kaplama kalibrasyonunda ~5–10 nm kalınlığına ulaşmak için kalibre edilmiş bir süre boyunca sputter kaplaması yapılır.
  4. En iyi sonuçlar için kaplama ipuçları
    Numuneyi biriktirme sırasında eşit kapsama için döndürün, aşırı kaplamadan kaçının (>10 nm kalınlığında), kaplama kalınlığını kalibrasyon veya profilometre ile doğrulayın ve kirlenme önlemek için kaplama sonrası numunenin temiz olduğundan emin olun.
  5. SEM öncesi depolama
    Kaplı örnekleri tozsuz bir kapta sakla ve iletkenliği ve görüntü kalitesini korumak için kaplamalı yüzeye dokunmaktan kaçının.
  6. Isteğe bağlı: Kombine kaplama
    Dengeli element analizi doğruluğu ve özellikle heterojen veya düşük iletkenlikli örnekler için geliştirilmiş görüntü kalitesi için ince bir karbon tabakası (~5 nm) ve ardından altın (~5 nm) uygulanır.
2. 10 ile 20 kV arasında hızlandırıcı voltaj ve 8 ila 12 mm çalışma mesafesiyle SEM görüntüleme yapılabilir.
3. Kaplama geometrisini, gözenekliliğini ve takviye dağılımını değerlendirmek için ikincil elektron görüntüleri yakalayın. Kaplanmış örnekleri taramalı elektron mikroskop odasına yerleştirin ve gerekli vakum seviyesine ulaşmak için cihazın prosedürünü takip edin. 10–15 kV ve 8–10 mm çalışma mesafesinde alan-emisyon taramalı elektron mikroskobu kullanarak ikincil elektron (SE) görüntüleri yakalayın. Yüksek çözünürlüklü yüzey görüntüleri için ikincil elektron detektörünü kullanın. Lazer-kaplamalı katmanlarda kaplama geometrisi, gözenekliliği ve güçlendirme dağılımını analiz etmek için farklı büyütmelerde mikrograflar alın. Her dışa aktarılan görselin sağ alt köşesine bir ölçek çubuğu ekleyin.
  1. Numune hazırlama
    Numuneyi düz parlatın, 320 ila 1200 kumlu kağıtlarla öğütün ve elmas macunu (6, 3, 1 μm) ile parlatın. Örneği etanol veya asetonla ultrasonlu bir banyoda temizleyin ve görüntüleme sırasında şarj oluşmasını önlemek için yaklaşık 5–10 nm karbon veya altın iletken bir tabaka ile kaplayın.
  2. Örnek montaj
    Örneği karbon bant veya iletken yapıştırıcı kullanarak iletken bir kıvılcıma yapıştırın, böylece düz ve stabil olduğundan emin olun. Stub'u SEM odasına yerleştirin ve yüksek vakuma tahliye edin.
  3. Mod seçimi
    SEM kontrol yazılımında, ikincil elektron (SE) modunu seçin ve SE sinyallerini yakalayan bir dedektör seçin. Hızlandırma voltajını ilgilenilen malzeme ve özelliklere göre ayarlayın.
  4. Parametrelerin ayarlanması
    Daha yüksek çözünürlük için çalışma mesafesini 5–15 mm olarak ayarlayın; daha iyi çözünürlük için küçük bir nokta boyutu (yaklaşık 1–5 nm) kullanın; daha iyi detay için orta-yavaş tarama hızı seçer; kaplama analizi için büyütmeyi gerektiği gibi ayarlamak; parlaklık ve gürültü kontrolü için denge kiriş akımı.
  5. Görüntü edinimi
    Düşük büyütmeden başlayın ve ince detayları yakalamak için yavaş yavaş artırın. Kaplama geometrisi, gözenekliliği ve takviye dağılımını kapsayan birden fazla fotoğraf alın.
  6. İsteğe bağlı eğim ve 3D perspektif
    Topografik kontrastı artırmak için örneği 5–20° eğimle düzeltin. Matrisin içine takviye parçacıklarının çıkıntı veya gömülmesini gözlemleyin.
  7. Görüntüleme sonrası adımlar
    Görüntüleri yüksek çözünürlüklü formatlarda kaydedin ve ölçek çubukları, ilgi alanları ve parçacık boyutlarıyla nota yapın. Nicelik ve analiz için görüntü analiz yazılımını kullanın.
  8. Kaplamalı metalurji için iş akışı örneği
    TiC – güçlendirilmiş Ti kaplamalı numune hazırlayın, cila yapın, karbonla kaplamak, iletken bir köveğe monte edin, SEM'e yerleştirin, 15 kV'ta SE modunu kullanın, 10 mm çalışma mesafesinde SE modunu kullanın, kaplama geometrisi ve güçlendirme dağılımı için görüntüler alın, görüntüleri kaydedin ve analiz edin.
4. Zr ve TiC dağılımını doğrulamak için EDS nokta analizi ve elemental eşleme gerçekleştirin.
  SEM sistemiyle entegre edilmiş enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDS) dedektörü kullanılarak element analizi yapılabilir. SEM'i karakteristik X-ışını sinyallerinin yeterli uyarılmasını sağlamak için 15–20 kV hızlanma voltajında çalıştırın. Kaplama katmanında seçilen ilgi alanlarında nokta analizi yaparak element bileşimini belirlemek. Güvenilir element zirveleri elde etmek için yaklaşık 60 saniyelik canlı alım süresiyle spektrumlar edinin.
  NOT: Element haritalamasında, ilgi duyulan elemanlara karşılık gelen mekansal çözünürlüklü X-ışını sinyalleri toplarken kaplanmış yüzeyin seçilen alanını taranın. Titanyum matrisi içinde zirkonyum (Zr) ve titanyum karbür (TiC) takviye fazlarının varlığını ve mekansal dağılımını doğrulamak için dağılım haritaları oluşturulur. Sonraki görüntü işleme için tutarlı ölçek çubukları ve panel etiketleriyle element haritalarını dışa aktarın.
  1. Numune hazırlama
    Numuneyi SiC kağıtları ve elmas macunu ile ayna gibi parlat. Örneği etanol veya asetonla ultrasonik bir banyoda temizleyin ve gerekirse şarj olmasını önlemek için iletken bir kaplama uygulayın.
  2. Örnek monte et ve SEM'i yapılandırmak
    Örneği karbon bantla iletken bir stuma monte edin, SEM odasına yerleştirin ve yüksek vakuma pompalayın. EDS tespiti için uygun bir hızlandırıcı voltaj seçin.
  3. EDS dedektör kurulumu
    EDS dedektörünün doğru soğutma ve kalibrasyonunu sağlamak, spektrometreyi standart bir malzeme kullanarak kalibre etmek ve optimal sinyal-gürültü oranı için yaşam süresi veya sayımlarını ayarlamak.
  4. EDS puan analizi
    SEM görüntüsündeki ilgi noktalarına gidin, her noktada EDS spektrumunu alın, Zr, Ti ve C için karakteristik zirveleri belirleyin ve yazılım kullanarak ağırlık %'si veya atomik %'yi kaydedin.
  5. EDS elemental eşlemesi
    SEM görüntüsünde ilgi alanını seçin, EDS yazılımında eşleme modunu etkinleştirin ve eleman dağılım haritaları oluşturmak için taramaya başlayın.
  6. SEM görüntüleme ile çapraz kontrol yapın
    Bileşimsel kontrast için BSE görüntüleme kullanın, korelasyon için SE görüntüleri ve EDS haritalarını karşılaştırın.
  7. Veri kaydı ve analiz
    Spektrumları, haritaları ve açıklamalı SEM görüntülerini kaydet. Element fraksiyonu niceliklendirmesi, parçacık boyutu ölçümü ve dağılım tekdüzeliği hesaplaması için yazılım kullanın.
X–ışını kırınımı (XRD)
1. Faz karakterizasyonu
  SEM sistemiyle entegre edilmiş enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDS) dedektörü kullanılarak element analizi yapılabilir. SEM'i karakteristik X-ışını sinyallerinin yeterli uyarılmasını sağlamak için 15–20 kV hızlanma voltajında çalıştırın. Kaplama katmanında seçilen ilgi alanlarında nokta analizi yaparak element bileşimini belirlemek. Güvenilir element zirveleri elde etmek için yaklaşık 60 saniyelik canlı alım süresiyle spektrumlar edinin.
  NOT: Element haritalamasında, ilgi duyulan elemanlara karşılık gelen mekansal çözünürlüklü X-ışını sinyalleri toplarken kaplanmış yüzeyin seçilen alanını taranın. Titanyum matrisi içinde zirkonyum (Zr) ve titanyum karbür (TiC) takviye fazlarının varlığını ve mekansal dağılımını doğrulamak için dağılım haritaları oluşturulur. Sonraki görüntü işleme için tutarlı ölçek çubukları ve panel etiketleriyle element haritalarını dışa aktarın.

4. Mekanik karakterizasyon

Vickers mikrosertlik testi
1. 100 g yük ve 15 saniyelik dall süresi kullanarak cilalı kesitlerde Vickers mikrosertlik ölçümleri yapın.
2. Etkileşim etkilerinden kaçınmak için girintileri en az 100 μm aralıklarla yerleştirin.
3. Her örnek başına en az on ölçümden ortalama sertlik değerleri ve standart sapmalar hesaplayın.

5. Elektrokimyasal korozyon testi

Elektrokimyasal hücre kurulumu
1. Çalışma elektrodu olarak örnek, platin ağ karşı elektrot ve Ag/AgCl referans elektrotu içeren bir elektrokimyasal hücre hazırlayın.
2. Yalıtıcı bir lak kullanarak 1 cm² çalışma elektrot alanını açığa çıkarın.
3. 25 ± 1 °C sıcaklıkta tutulan NaCl/H₂SO₄ sulu elektrolit kullanın.
Açık devre potansiyeli ve polarizasyon
1. Örneği daldırın ve 30 dakika boyunca açık devre potansiyelinde (OCP) stabilizasyona izin verin.
2. Ag/AgCl ile karşılaştırıldığında −0,25 V'den +1,5 V'ye kadar potansiyodinamik polarizasyon taramaları yapılarak 1 mV/s tarama hızı ile gerçekleştirilir.
3. Tafel ekstrapolasyonundan korozyon potansiyeli (E_corr) ve korozyon akımı yoğunluğunu (i_corr) belirleyin.

6. Entegre tribokorozyon testi

Tribokorozyon düzeni
1. Elektrokimyasal örneği, potansiyostatla bağlı bir geri gidişli top plaka tribometresine monte edin.
2. 6 mm çapında bir alümina (Al₂O₃) karşı gövde topu kullanın.
3. 5 mm sürüşme mesafesinde normal yük 5 N ve 1 Hz kayma frekansı uygulayın.
4. Aynı NaCl/_{H 2}SO₄ elektrolitte elektrokimyasal kontrol altında tribokorozyon testleri yapın.
Test uygulaması ve standartları
1. Sürtünme katsayısını, akım tepkisini ve potansiyel katsayısını sürekli olarak kaydedin.
2. Sinerjik aşınma korozyon etkilerini değerlendirmek için ASTM G119 uyarınca tribokorozyon testi gerçekleştirmek.
3. Test yaptıktan sonra örnekleri damıtılmış suyla durulayın, azotla kurutun ve aşınma izlerini SEM ile inceleyin.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Toz ve substrat karakterizasyonu
Başlangıç takviye tozlarının ((A) Ti, (B) Zr ve (C) TiC) temsil taramalı elektron mikroskopisi (SEM) mikrografları Şekil 1'de gösterilmiştir. Görüntüler, gazla atomize edilmiş ve ticari olarak elde edilen tozlardan elde edilen tipik partikül morfolojilerini göstermektedir. Titanyum ve zirkonyum parçacıkları ağırlıklı olarak küresel veya neredeyse küresel şekiller sergilerken, titanyum karbür (TiC) parçacıkları seramik toz ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Bu yöntem makalesi, lazer metal biriktirme (LMD) kullanılarak seramik fazlalarla güçlendirilmiş katı olarak üretilen TI₆Al_4Vbazlı kompozitlerin üretimi, karakterizasyonu ve tribokorozyon değerlendirmesi için tekrarlanabilir bir protokol sunmaktadır. Metodoloji, toz karakterizasyonu, otomatik yerinde karıştırma, lazer kaplama, mikroyapısal analiz, elektrokimyasal test ve bağlı tribokorozyon değerlendirmesini entegre ederek agresif hizmet ortamlarında titanyu...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların bu çalışmayla ilgili çıkar çatışması yoktur ve herhangi bir yapay zeka yazım aracı kullanmamıştır.

Teşekkürler

Yazarlar, bu çalışmaya maddi destek için Durban Teknoloji Üniversitesi'ne teşekkür etmek ister.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
Hammaddeler / Tozlar
Ti₆Al4V Tozu			Gaz atomizasyonu, 15–53 μm (ASTM F136) Çalışmada Kullanımı: Lazer kaplama ve substrat için matris malzemesi.
Zirkonyum (Zr) Tozu			Saflığı ≥99,5 ağırlıkça %, 10–45 μm Çalışmada Kullanımı: Kompozit takviye ve stabilizatör malzemesi.
Titanyum Karbür (TiC) Tozu			Saflığı ≥99 ağırlıkça %, 2–10 μm Çalışmada Kullanımı: Kompozit için seramik takviye malzemesi.
Ti/TiC Tozu			Karışımlı kompozit toz (belirli ağırlık oranları) Çalışmada Kullanımı: Kompozit için takviye karışımı.
Zr/TiC Tozu			Karışımlı kompozit toz (belirli ağırlık oranları) Çalışmada Kullanımı: Kompozit için takviye karışımı.
Gazlar & Kimyasallar
Azot (N2)			Kontrollü ortam/Güvenlik önlemi Çalışmada Kullanımı: Toz karıştırma ve Lazer Metal Depozisyonu (LMD) sistemi için kontrollü ortam.
Argon (Ar)			Temizleyici ortam, Taşıyıcı/Koruyucu Gaz Çalışmada Kullanımı: Toz yükleme, LMD atmosferi ve taşıyıcı gazlı koaksiyel nozul.
Aseton			Temizlik solventi Çalışmada Kullanımı: Ti6Al4V substratının temizlenmesi.
Etanol			Temizlik solventi Çalışmada Kullanımı:
Soğutma Çözeltisi			su Çalışmada Kullanımı: Ti6Al4V substratının temizlenmesi.
Şeffaf Epoksi Reçinesi			Montaj malzemesi Çalışmada Kullanımı: Elektrot veya metalografik hazırlık için numunelerin montajı.
İletken Epoksi			Montaj malzemesi Çalışmada Kullanımı: Mikroskopi (Kesme Sonrası) İçin Numunelerin Montajı
Zımpara Kağıdı (SiC)			Çeşitli taneli boyutlar Çalışmada Kullanımı: Numunelerin öğütülmesi (metalografik hazırlık).
Elmas Pasta			Parlatma bileşiği Çalışmada Kullanımı: Elektrotların ve kesitlerin maruz kalan yüzeylerinin parlatılması.
Simüle Vücut Sıvısı (SBF)			Elektrolit Çalışmada Kullanımı: Elektrokimyasal korozyon testi.
NaCl/H₂SO₄ Elektroliti			Belirtilmemiş konsantrasyon Çalışmada Kullanımı: Elektrokimyasal korozyon testi.
Ekipman & Enstrümantasyon
Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)			Enerji Dağılımlı Spektroskopi (EDS) ile Çalışmada Kullanımı: Tozların ve substratların karakterizasyonu, mikroyapı analizi, takviye dağılımı ve EDS haritalaması.

Kaynaklar

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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Daha fazla makale keşfet

Lazer Kaplama Seramik Takviyesi Ti6Al4V Kompozitler Eklemeli İmalat Lazer Metal Biriktirme Mikro yapısal Karakterizasyon Elektrokimyasal Korozyon Mikro sertlik Testi Küre Üzerinde Plaka Tribometresi

Bu makale yayımlandı

Video yakında

Beni bilgilendir: