Wpływ ciśnienia prasowania i szybkości nagrzewania na zużycie tribologiczne spieków z proszku Ti6Al4V wytwarzanych metodą SPS

• Autorzy: Garbiec D. , Wiśniewski T. , Mróz A. , Miler M. , Gierzyńska-Dolna M. , Heyduk F.

Warianty tytułu

EN

Influence of compaction pressure and heating rate on tribological wear of sinters from Ti6Al4V powder manufactured by SPS

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Stop Ti6Al4V ze względu na swoje właściwości znajduje zastosowanie nie tylko w technice, ale także w medycynie, np. na implanty porowate, jak i lite. W przypadku implantów litych, ważnym problemem są niezadowalające właściwości tribologiczne tego stopu. Celem ich poprawy stosuje się nowe techniki wytwarzania do których zalicza się metodę iskrowego spiekania plazmowego (spark plasma sintering – SPS). W artykule przedstawiono wyniki wstępnych badań tribologicznych spieków z proszku Ti6Al4V wytworzonych tą metodą. Spiekanie z wykorzystaniem urządzenia HP D 25-3 prowadzono w temperaturze 1000°C w czasie 5 min przy ciśnieniu prasowania wynoszącym odpowiednio 5, 25 i 50 MPa z szybkością nagrzewania wynoszącą odpowiednio 200, 300 i 400°C/min. Wytworzone spieki poddano pomiarom gęstości i twardości, obserwacjom mikrostruktury oraz testom tarciowo-zużyciowym z wykorzystaniem testera tribologicznego T-05 (skojarzenie badawcze blok–pierścień) przy obciążeniu skojarzenia badawczego siłą odpowiednio 120, 220 i 320 N. Testy realizowano ze stałą prędkością wynoszącą 0,36 m/s na drodze tarcia 1000 m. Przed-stawiono zależność zmiany współczynnika tarcia w funkcji drogi tarcia oraz określono zużycie masowe i objętościowe badanych materiałów. Przeprowadzono również obserwacje morfologii powierzchni trących spieków. Wykazano, że najmniejszym zużyciem tribologicznym odznaczają się spieki wytworzone przy ciśnieniu prasowania wynoszącym 50 MPa z szybkością nagrzewania wynoszącą 400°C/min, a głównym mechanizmem zużycia tribologicznego było zużycie ścierne. Na powierzchniach trących badanych próbek nie stwierdzono śladów zużycia adhezyjnego.

EN

The Ti6Al4V alloy due to its characteristics is applicable not only in technology but also in medicine, such as porous implants and solid ones. In the case of solid implants, a major problem is inadequate tribological properties of this alloy and in order to improve them, new manufacturing techniques which include the method of spark plasma sintering are applied. The article presents the preliminary tribological results of sinters from Ti6Al4V powder produced by the SPS method. Sintering using an HP D 25-3 was carried out at 1000°C over 5 min at a compaction pressure of respectively 5, 25 and 50 MPa at a heating rate of 200, 300 and 400 °C/min. The resulting sinters were measured for density and hard-ness, subjected to microstructure observations and friction and wear tests using the tribological tester T-05 (block–ring tribosystem) at tribosystem load forces of 120, 220 and 320 N. The tests were carried out at a constant speed of 0.36 m/s on a friction path of 1000 m. The dependence of the friction coefficient changes as a function of friction path as well as specified mass and volume wear of the tested materials is presented. Observations of the bearing surface morphology of the sinters were also conducted. It was shown that the sinters fabricated at a compaction pressure of 50 MPa and heating rate of 400°C/min demonstrated the least tribological wear, and the main tribological wear mechanism was abrasive wear. On the bearing surface of the tested samples there were no signs of adhesive wear.

Słowa kluczowe

PL

iskrowe spiekanie plazmowe; Ti6Al4V; badania tarciowo-zużyciowe

EN

spark plasma sintering; Ti6Al4V; friction and wear tests

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Obróbki Plastycznej
• Czasopismo: Obróbka Plastyczna Metali
• Rocznik: 2015
• Tom: T. 26, nr 2
• Strony: 147--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Garbiec D.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Wiśniewski T.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Mróz A.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Miler M.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Gierzyńska-Dolna M.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

autor

Heyduk F.

• Instytut Obróbki Plastycznej, ul. Jana Pawła II 14, 61-139 Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Marciniak J.: Biomateriały. Wyd. P. Śląskiej, Gliwice 2013.
• [2] Jurczyk M., Jakubowicz J.: Bionanomateriały. Wyd. P. Poznańskiej, Poznań 2008.
• [3] Wierzchoń T., Czarnowska E., Krupa D.: Inżynieria powierzchni w wytwarzaniu biomateriałów tytano-wych. Oficyna Wydawnicza P. Warszawskiej, Warszawa 2004.
• [4] Liu Y., Luo J., Liu B., Hang J.: The cytocompatibility investigation of Ti6Al4V modified with a fluorine-contained copolymer thin film. Applied Surface Science vol. 257 no. 15 (2011), s. 6429–6434.
• [5] Cimenoglua H., Gunyuza M., Koseb G.T., Baydogana M., Uğurluc F., Senerc.: Micro-arc oxidation of Ti6Al4V and Ti6Al7Nb alloys for biomedical applications. Materials Characterization vol. 62 no. 3 (2011), s. 304–311.
• [6] Chen J., Zhang Q., Li Q., Fu S., Wang J.: Corrosion and tribocorrosionbehabiors of AISI 316 stainless steel and Ti6Al4V alloys in artificial seawater. Transactions Nonferrous Metals Society of China vol. 24 no. 4 (2014), s. 1022–1031.
• [7] Fazel M., Salimijazi H.R., Golozar M.A., Garsivazjazi M.R.: A comparision of corrosion, tribocorrosion and electrochemical impedance properties of pure Ti and Ti6Al4V alloy treated by micro-arc oxidation process. Applied Surface Science vol. 324 (2015), s. 751–756.
• [8] Qiu M., Zhang Y., Shangguan B., Du S., Yan Z.: The relationships between tribological behaviour and heat-transfer capability of Ti6Al4V alloys. Wear vol. 263 no. 1-6 (2007), s. 653–657.
• [9] Chassaing G., Faure L., Philippon S., Coulibaly M., Tidu A., Chevrier P., Meriaux J.: Adhesive wear of a Ti6Al4V tribopair for a fast friction contact. Wear vol. 320 (2014), s. 25-33.
• [10] Fellah M., Labaїz M., Assala O., Dekhil L., Taleb A., Rezag H., Iost A.: Tribological behavior of Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb Alloys for Total Hip Prosthesis. Advances in Tribology vol. 2014 (2014), s. 1–13.
• [11] Garbiec D., Heyduk F., Wiśniewski T.: Wpływ temperatury spiekania na gęstość, mikrostrukturę i właściwości wytrzymałościowe stopu Ti6Al4V wytwarzanego metodą iskrowego spiekania plazmowego (SPS). Obróbka Plastyczna Metali vol. XXIII nr 4 (2012), s. 265–275.
• [12] Garbiec D.: Iskrowe spiekanie plazmowe (SPS): teoria i praktyka. Inżynieria Materiałowa vol. 204 nr 2 (2015), s. 60–64.
• [13] Minga Q., Yong-Zhen Z., Baob S., San-Ming D., Zhen-Wei Y.: The relationships between tribological behaviour and heat-transfer capability of Ti6Al4V alloys. Wear, vol. 263 no. 1-6 (2007), s. 653–657.
• [14] Luo Y., Yang L., Tian M.: Influence of Bio-Lubricants on the Tribological Properties of Ti6Al4V Alloy. Journal of Bionic Engineering vol. 10 no. 1 (2013), s. 84–89.