Исследование структурных характеристик и деформационного поведения пористого титана, полученного методом спекания

Аникеев С. Г.; Артюхова Н. В.; Кафтаранова М. И.; Ходоренко В. Н.; Гарин А. С.; Марченко Е. С.

doi:10.31857/S0002337X2302001X

Исследование структурных характеристик и деформационного поведения пористого титана, полученного методом спекания

作者: Аникеев С.¹, Артюхова Н.¹, Кафтаранова М.¹, Ходоренко В.¹, Гарин А.¹, Марченко Е.¹
隶属关系:
1. Национальный исследовательский Томский государственный университет
期: 卷 59, 编号 2 (2023)
页面: 128-138
栏目: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140120
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X2302001X
EDN: https://elibrary.ru/YCHYQN
ID: 140120

如何引用文章

全文:

开放存取

##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问

订阅存取

详细
作者简介
参考
补充文件
统计

详细

Проведено исследование структурных особенностей порошков ПТМ-1 и ПТС-1 и пористых материалов на их основе, полученных методом спекания. Определены количественные характеристики порового пространства спеченных образцов. Показана связь макро- и микроструктурных особенностей полученных пористых сплавов с их деформационно-прочностными параметрами. Использованы методы растровой электронной микроскопии, рентгенографического анализа, стереометрические методики, прочностные характеристики исследованы в экспериментах на сжатие. Обнаружено, что пористый материал, полученный спеканием порошка титана марки ПТМ-1, имеет более высокие значения основных прочностных и деформационных характеристик. Это связано с меньшей пористостью по сравнению с образцами ПТC-1, а также с процессами дисперсного упрочнения частицами фазы TiC при его структурообразовании.

关键词

титан, пористый материал, порошковая металлургия, структура, механические свойства, прочность

参考

Jackson M.J., Kopac J., Balazic M., Bombac D., Brojan M., Kosel F. Titanium and Titanium Alloy Applications in Medicine // Surg. Tools Med. Devices. 2016. P. 475–517. https://doi.org/10.1007/978-3-319-33489-9_15
Ik-Hyun O., Haruhiko S., Naoyuki N., Shuji H. Microstructures and Mechanical Properties of Porosity-Graded Pure Titanium Compacts // Mater. Trans. 2003. V. 44. № 4. P. 657–660. https://doi.org/10.2320/matertrans.44.657
Zschommler Sandim H.R., Morante B.V., Suzuki P.A. Kinetics of Thermal Decomposition of Titanium Hydride Powder Using in situ High-Temperature X-ray Diffraction (HTXRD) // J. Mater. Res. 2005. V. 8. № 3. P. 293–297. https://doi.org/10.1590/S1516-14392005000300012
In-Shup A., Tek-Kyoung S., Sung-Yeal B., Ho-Jung C., Dong-Kyu P. Synthesis of Titanium Carbide by Thermo-Chemical Methods with TiH2 and Carbon Black Powders // Met. Materials Int. 2006. V. 12. № 3. P. 249–253. https://doi.org/10.1007/BF03027539
Vasconcellos L.-M.-R., Leite D.-de O., Nascimento F.-O., de Vasconcellos L. G.-O., etc. Porous Titanium for Biomedical Applications: An Experimental Study on Rabbits // Med. Oral, Patol. Oral Cirygia Bucal. 2010. V. 15. № 2. P. 407–412. https://doi.org/10.4317/medoral.15.e407
Frykholm R., Brash B. Press and Sintering of Titanium // Key Eng. Mater. 2015. P. 1–11. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.704.369' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.704.369
Krinitcyn M.G., Pribytkov G.A., Korosteleva E.N. Structure of Sintered Ti – TiC Materials // Appl. Mech. Mater. 2014. V. 682. P. 127–131. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.682.127
Назаренко В.А. Материалы на основе титана, полученные методами порошковой металлургии // Вестн. донбасской машинообувной технологии. 2010. Т. 2. № 19. С. 203–207.
Stráský J., Kozlík J., Bartha K., Preisler D., Chráska T. Sintering of Ti-Based Biomedical Alloys with Increased Oxygen Content from Elemental Powders // The 14th World Conference on Titanium. MATEC Web of Conferences 321. 2020. 05010. https://doi.org/10.1051/matecconf/202032105010
Milenov T., Terziyska P., Avdeev G. et al. Structure and Phase Composition Study of Heavy Doped with Carbon Thin Films of TiO2: C Deposited by RF Magnetron Sputtering // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 1509–1520. https://doi.org/10.1134/S0036023622100333
Kamynina O.K., Kravchuk K.S., Lazov M.A. et al. Effect of Surface Roughness on the Properties of Titanium Materials for Bone Implants // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 61. P. 1073–1078. https://doi.org/10.1134/S0036023621080106
Pease L.F. III, West W.G. Fundamentals of Powder Metallurgy: Metal Powder Industries Federation, 2002. 452 p. https://doi.org/10.2298/SOS0401054P
Zhao Q., Bolzoni L., Chen Y., Xu Y., Torrens R., Yang F. Processing of Metastable Beta Titanium Alloy: Comprehensive Study on Deformation Behavior and Exceptional Microstructure Variation Mechanisms // J. Mater. Sci. Technol. 2022. V. 126. P. 22–43. https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.02.050
Шаповалова О.М., Бабенко Е.П. Исследование структуры и свойств кристаллов рафинированного титана повышенной частоты при нагреве // Вестн. двигателестроения. 2009. № 1. С. 134–138.
Шаповалова О.М., Бабенко Е.П. Система исследования порошковых материалов // Проблемы cовременного материаловедения. 2001. С. 33–34.
Кисеев В.М., Непомнящий А.С. Способ получения пористого титана. RU 2407817 C2, 2010.
Krishna E.S., Suresh G. Bioactive Titanium-Hydroxyapatite Composites by Powder Metallurgy Route // Biointerface Res. Appl. Chem. 2022. V. 12. № 4. P. 5375–5383. https://doi.org/10.33263/BRIAC124.53755383
Сенкевич К.С. Способ получения пористых изделий из быстрозакаленных порошков титана и его сплавов. RU 2641592 C2, 2018.
Vander Voort G. Metallographic Preparation of Titanium and its Alloys // Solutions Mater. Prep., Test. Anal. 2014. V. 3. № 3. P. 828–834.
Froes F.H., Mashl S.J., Moxson V.S., Hebeisen J.C., Duz V.A. The Technologies of Titanium Powder Metallurgy // J. Minerals. 2004. V. 56. P. 46–48.
Robertson I.M., Schaffer G.B. Comparison of Sintering of Titanium and Titanium Hydride Powders // Powder Metall. 2010. V. 53. № 1. P. 12–19. https://doi.org/10.1179/003258909X12450768327063
Blaine D.C., Heleon H.B., Laubscher H.H. Process Models for Press-and-Sinter Titanium // Adv. Mater. Res. 2014. V. 1019. P. 231–240. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMR.1019.231' target='_blank'>www.scientific.net/AMR.1019.231
Sun P., Fang Z.Z., Zhang Y., Xia Y. Review of the Methods for Production of Spherical Ti and Ti Alloy Powder // JOM. 2017. V. 15. P. 1853–1860. https://doi.org/10.1007/s11837-017-2513-5
Whittaker D. Powder Processing, Consolidation and Metallurgy of Titanium // Powder Metall. 2012. V. 55. № 1. P. 6–10. https://doi.org/10.1179/174329012X13297486041231
Lei Ch., Du Y., Zhu M., Huo W., Wu H., Zhang Y. Microstructure and Mechanical Properties of in situ TiC/Ti Composites with a Laminated Structure Synthesized by Spark Plasma Sintering // Mater. Sci. Eng., A. 2021. V. 812. P. 141136. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141136
Шляпин С.Д., Серов М.М., Гусев Д.Е., Федорова Л.В. Получение, структура и свойства пористых материалов из титановых волокон и проволоки // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016. T. 4. С. 76–85. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2016-4-76-85
Gonçalves V.R.M., Çaha I., Alves A.C., Toptan F., Rocha L.A. Improved Tribocorrosion Behavior Obtained by in-situ Precipitation of Ti2C in Ti–Nb Alloy // Metals. 2022. V. 12. P. 2–17. https://doi.org/10.3390/met12060908
Priti W., Drew R., Root J., Yue S. Evidence for Stable Stoichiometric Ti2C at the Interface in TiC Particulate Reinforced Ti Alloy Compounsites // Acta Mater. 2020. V. 48. № 7. P. 1443–1450. https://doi.org/10.1016/S1359-6454(99)00453-X
Zhang C., Zhang L., Liu L., Linwei Lv., Gao L., Liu N., Wang X., Ye J. Mechanical Behavior of a Titanium Alloy Scaffold Mimicking Trabecular Structure // J. Orthop. Surg. Res. 2020. V. 15. № 40. P. 1–11. https://doi.org/10.1186/s13018-019-1489-y
Li B.Q., Wang C.Y., Lua X. Effect of Pore Structure on the Compressive Property of Porous Ti Produced by Powder Metallurgy Technique // Mater. Des. 2013. V. 50. P. 613–619. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.02.082
Chai H.W., Xie Z.L., Feng Z.D., Luo S.N., Huang J.Y. Three-Dimensional Deformation Dynamics of Porous Titanium under Uniaxial Compression // Mater. Charact. 2021. V. 182. 111494. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.111494
Симонов Ю.Н., Георгиев М.Н., Симонов М.Ю. Основы физики и механики разрушения. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. 203 с.
Hull D., Bacon D.J. Introduction to Dislocations. Amsterdam: Elsevier, 2011. P. 272.