Лазерне оплавлення навуглецевого біомедичного сплаву на основі титану, виготовленого методом LPBF-друку
| Автори | Б.В. Єфременко1, Ю.Г. Чабак1,2, О.В. Цветкова1 , А.В. Джеренова1, В.Г. Єфременко1,2, Ф. Кромка2, В.І. Зурнаджи1,2, І.М. Олійник1 |
| Афіліація |
1Приазовський державний технічний університет, вул. Університетська, 7, 87555 Маріуполь, Україна 2Institute of Materials Research, Slovak Academy of Sciences, 04001 Kosice, Slovakia |
| Е-mail | |
| Випуск | Том 15, Рік 2023, Номер 4 |
| Дати | Одержано 25 травня 2023; у відредагованій формі 20 серпня 2023; опубліковано online 30 серпня 2023 |
| Цитування | Б.В. Єфременко, Ю.Г. Чабак, О.В. Цветкова, та ін., Ж. нано- електрон. фіз. 15 № 4, 04035 (2023) |
| DOI | https://doi.org/10.21272/jnep.15(4).04035 |
| PACS Number(s) | 42.62.Cf, 62.20.Qp, 61.66.Dk, 64.70.Kb |
| Ключові слова | Біомедичний сплав на основі титану, Цементація, Лазерне плавлення, Мікроструктура (21) , Мікротвердість (28) . |
| Анотація |
Об’єктом даної роботи є дослідження зміни мікроструктури та твердості біомедичного сплаву Ti-6Al-4V, виготовленого за технологією LPBF-друку, в результаті цементації в твердому карбюризаторі та подальшого оплавлення поверхні лазерним променем. Навуглецювання проводили в порошковому карбюризаторі (20 об. % (NH2)2CO, 20 об. % K4Fe(CN)6 та 60 об. % сажі) при 1000 ºC впродовж 7 год. Для лазерної обробки використали волоконний лазер «TruFiber 400» (TRUMPF) (довжина хвилі – 1064 нм, потужність – 400 Вт, швидкість сканування – 5 мм·с – 1). Дослідження включали оптичну (GX71 OLYMPUS) та сканувальну електронну мікроскопію (JSM-7000F JEOL), енергодисперсійну спектроскопію (INCAx-sight, Oxford Instruments), рентгенівську дифракцію (X'Pert PRO, PANalytical, Cu-Kα та вимірювання мікротвердості (LM700AT LECO, навантаження 0,05 кг). Було виявлено, що цементація забезпечила формування шару стабілізованої вуглецем (Ti-фази товщиною 440-700 мкм з тонким верхнім шаром, що містить TiC, TiO2 та Al2O3. Після навуглецювання твердість приповерхневого шару склала 720±12 HV, що вдвічі вище твердості основи (322±32 HV). Наступне сканування лазерним променем сформувало оплавлений шар товщиною 60-120 мкм, під яким на глибину до (∼0,8 мм простяглася зона термічного впливу, що складалась із збагаченого на вуглець голчастого (Ti-мартенситу. Оплавлений шар мав дрібнозернисту структуру, яка вміщувала дисперсні включення оксикарбіду Ti(O0,8C0,2) зернистої або дендритної форми. Твердість оплавленого шару становила 1000-1200 HV з подальшим поступовим зниженням вглиб зразка відповідно до зниження вмісту вуглецю. Лазерне оплавлення супроводжувалося утворенням тріщин і усадкових порожнин у приповерхневому шарі. Також воно призвело до підвищення шорсткості поверхні внаслідок її кипіння під лазерним променем, що пов’язано із низькою теплопровідністю сплаву Ti-6Al-4V. |
|
Перелік цитувань |
Інші статті цього номера
1) Сучасні фотоактивні нанокомпозити на основі TiO2 та СеО2 [04001-1-04001-6]2) Синтез поверхневих структур при лазерно-стимульованому випаровуванні розчину мідного купоросу в дистильованій воді [04002-1-04002-7]
3) Гнучкий екологічно чистий термоелектричний матеріал із йодиду міді (1) та наноцелюлози для зеленої енергетики [04003-1-04003-7]
4) Стала надійність транспортування: вивчення повзучості екологічно чистих полімерних нанокомпозитів [04004-1-04004-7]
5) Дослідження електронних та оптичних властивостей наноструктурованихстекол і композитів [04005-1-04005-5]
6) Вибір ідеального повітряного провідника на основі IoT для оптимізації продуктивності проекту малої гідроелектростанції [04006-1-04006-5]
7) Нові процеси у фізиці конденсованого середовища: останні досягнення та застосування [04007-1-04007-5]
8) Design of Controller for Bidirectional Non-isolated High Gain Converter in EV Application [04008-1-04008-4]
9) Емпіричний аналіз нових тенденцій у фотоелектричних технологіях фізики конденсованих середовищ [04009-1-04009-6]
10) Методи зеленого синтезу наноструктур для навколишнього середовища та біомедичних застосувань [04010-1-04010-6]
11) Дизайн компактної мікросмужкової патч-антени з високим коефіцієнтом підсилення в діапазоні ISM [04011-1-04011-4]
12) Розробка та оптимізація антени-метелика для георадарної системи [04012-1-04012-4]
13) Широкосмугова антена з високим коефіцієнтом підсилення, яка використовує завантаження слота та FSS для застосування 5G [04013-1-04013-5]
14) Розробка планарної багатодіапазонної антенної решітки на основі розділеного кільцевого резонатора для додатків WiMAX і 5G для 6 ГГц [04014-1-04014-4]
15) Аналіз наночастинок срібла як носіїв системи доставки ліків [04015-1-04015-5]
16) Виявлення XMAS-кібератаки на протокол керування передачею сигналів: використання аналізу шаблонів з MONOSEK [04016-1-04016-4]
17) Космологічна модель гомогенної баротропної струни Б’янкі типу IV0 в загальній теорії відносності [04017-1-04017-4]
18) Інфляційна космологічна модель Б’янкі типу II у загальній теорії відносності [04018-1-04018-5]
19) Інтелектуальна система виявлення тріщин із використанням наноструктурованих матеріалів та інтегрованої технології оптимізації [04019-1-04019-5]
20) Проектування та аналіз властивостей наноструктур MASnl3, легованих Cu2O [04020-1-04020-5]
21) Дослідження та аналіз компактної патч-антени, що використовує площину заземлення з U-слотом [04021-1-04021-4]
22) Оцінка відновлюваної енергії на основі розподіленого електромагнітного випромінювання з використанням нового підходу до групування [04022-1-04022-6]
23) Новий підхід до оптимізації для систем Smart Grid для нанорозмірних об’єктів [04023-1-04023-6]
24) Конструкція UWB копланарної антени зі ступінчастою площиною заземлення для 5G і сучасних додатків бездротового зв’язку [04024-1-04024-4]
25) Дослідження електрода із золота, модифікованого наночастинками кобальту [04025-1-04025-4]
26) Екстракт біоматеріалу як домішка для внутрішнього затверджувача бетону [04026-1-04026-6]
27) Конструкція інтегрованої антени мм-хвиль і суб-6 ГГц для мобільних пристроїв 5G [04027-1-04027-5]
28) Оптимізація на основі низьких витрат енергії для додатків IoT з використанням супервузлів у сенсорній мережі [04028-1-04028-5]
29) Інфляційна космологічна модель Біанкі типу V з об’ємною в’язкістю в загальній теорії відносності [04029-1-04029-3]
30) Моделювання квадратної щілинної антени для додатків 5G за допомогою підходу еквівалентної схеми [04030-1-04030-5]
31) Дизайн нової компактної UWB антени у формі капсули для бездротових додатків 5G [04031-1-04031-5]
32) Аналіз багатоканального польового транзистора розміром менше ніж 10 нм на основі гетеропереходу на основі плазми електричних зарядів [04032-1-04032-4]
33) Моделювання руйнування p-n-переходу електромагнітними імпульсами [04033-1-04033-6]
34) Вплив магнітного поля на морфологію та структурні характеристики тонкоплівко-вих систем на основі кобальту як чутливих елементів сенсорів [04034-1-04034-6]
35) Динамічні властивості радіоелектронних елементів у формі п'єзокерамічних циліндрів із внутрішніми екранами [04036-1-04036-9]
36) Інтерфейс напівавтоматичного покращення контрастності зображень у рентгенівському фазовому контрасті на основі вільного поширення [04037-1-04037-6]
37) Термоелектричні генератори підсилювачі струму [04038-1-04038-6]
38) Проектування та моделювання мікросмужкової антени для застосунків 5G у діапазоні (37–40) ГГц [04039-1-04039-5]
