‏ رفتار خوردگی متاثر از گرادیان ریزساختاری به‌وجود آمده در حین پرینت به ‏روش ذوب لیزری انتخابی آلیاژ ‏Mo‏10-‏Ti

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

کریم آواک ¹ , آرزو پورشجاع ² , مازیار آزادبه ³

1 - دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران
2 - دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران
3 - استاد، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

تاریخ دریافت : 1404/08/01 تاریخ پذیرش : 1404/10/04 تاریخ انتشار : 1404/10/01

کلید واژه: Mo‏10-‏Ti, ذوب لیزری انتخابی, گرادیان ‏ریزساختاری, رفتار خوردگی,

چکیده مقاله :

فرآیند ذوب لیزری انتخابی یکی از روش‌های نوین تولید آلیاژ ‏Ti-10Mo‎‏ است که به دلیل ماهیت لایه‌ای خود، منجر به شکل‌گیری ریزساختار گرادیانی در قطعه می‌شود. در این روش، لایه‌های اولیه که در معرض چرخه‌های حرارتی مکرر حاصل از چاپ لایه‌های بعدی قرار دارند، از همگنی بیشتری برخوردارند. این ناهمگنی ساختاری می‌تواند ویژگی‌هایی مانند رفتار خوردگی را تحت تأثیر قرار دهد. در این پژوهش، آلیاژ ‏Ti-10Mo‎‏ با پارامترهای فرآیندی شامل توان لیزر ‎95 µm‎، سرعت اسکن ‎600 mm·s⁻¹‎، فاصله مراکز حوضچه‌های مذاب ‎88 µm‎ و قطر پرتو ‎50 µm‎ ساخته شد. به‌منظور بررسی اثر گرادیان ساختاری بر خوردگی، آزمون پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در سطوح بالایی و پایینی نمونه انجام شد و سپس با میکروسکوپ نوری و الکترونی ارزیابی گردید. نتایج نشان داد گرادیان ریزساختاری موجب تفاوت رفتار الکتروشیمیایی دو سطح شده است. هر دو سطح ناحیه گذار فعال به رویین داشتند، اما سطح پایینی دارای پهنای ناحیه رویین وسیع‌تر (mV ‏5305‎‏ در برابر mV ‏5211‎‏) و چگالی جریان کمتر (‏0.245‎ در برابرmA·cm⁻²‎ ‏0.585‏) بود. این اختلاف تا انتهای روبش آندی حفظ شد و نشان‌دهنده مقاومت خوردگی بالاتر سطح پایینی بود. بررسی‌های پس از خوردگی حاکی از تشکیل حفرات در مجاورت نواحی غنی از مولیبدن و تشکیل پیل‌های ریزگالوانیکی ‏Mo/Ti‎‏ بود که انحلال ترجیحی زمینه را سبب شد. در نتیجه، لایه‌های اولیه به دلیل چرخه‌های حرارتی بیشتر ساختاری همگن‌تر و مقاوم‌تر در برابر خوردگی نشان دادند، در حالی‌که لایه‌های بالایی به دلیل ناهمگنی ناشی از گرادیان مولیبدن مقاومت کمتری داشتند.

چکیده انگلیسی:

Selective Laser Melting (SLM) is a novel technique for fabricating Ti-10Mo alloys. Due to ‎its layer-by-layer nature, the formation of gradient microstructures is inevitable. In ‎multicomponent alloys produced by this method, the initial layers, repeatedly exposed ‎to thermal cycles from subsequent printing, generally show higher homogeneity. Such ‎gradients can result in heterogeneity, affecting properties such as corrosion behavior.‎
Ti-10Mo samples were printed using SLM with the following parameters: laser power of ‎‎95 W, scan speed of 600 mm·s⁻¹, hatch spacing of 88 µm, and beam diameter of 50 ‎‎µm. To investigate corrosion behavior at the top and bottom surfaces, potentiodynamic ‎polarization tests were conducted, followed by surface examination using optical ‎microscopy and SEM.‎
Potentiodynamic polarization in Ringer’s solution showed that a microstructural ‎gradient differentiated the electrochemical responses of the top surface and bottom ‎surface. Both surfaces displayed a clear active-to-passive transition with a marked ‎current drop; the passive range was ~5211 mV for the top surface and ~5305 mV for the ‎bottom surface (wider by ~94 mV). At the active/passive transition, current density was ‎‎~0.585 vs ~0.245 mA.cm⁻² (bottom surface ~2.4× lower), and the bottom surface ‎entered transpassivity at higher potential and lower current. Post-corrosion ‎OM/SEM/BSE-EDS showed pits near locally Mo-enriched regions and micro-galvanic ‎coupling (Mo-rich cathode/Ti-matrix anode) that promoted preferential dissolution and ‎limited re-passivation. Repeated thermal cycling rendered early-printed layers more ‎homogeneous, whereas upper layers retained Mo streaks; this Mo gradient governed the ‎differences.‎

منابع و مأخذ:

‎1. Oliveira NTC, Guastaldi AC. ‎Electrochemical stability and ‎corrosion resistance of Ti-Mo alloys ‎for biomedical applications. Acta ‎Biomater [Internet]. 2009 [cited 2024 ‎Jul 7];5(1):399–405. Available from: ‎https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/187‎‎07926
‎2. Oliveira NTC, Aleixo G, Caram R, ‎Guastaldi AC. Development of Ti–‎Mo alloys for biomedical ‎applications: Microstructure and ‎electrochemical characterization. ‎Materials Science and Engineering: ‎A. 2007 Apr 15;452–453:727–31
‎ ‎3. Oliveira NTC, Guastaldi AC. ‎Electrochemical stability and ‎corrosion resistance of Ti–Mo alloys ‎for biomedical applications. Acta ‎Biomater. 2009 Jan 1;5(1):399–405
‎ ‎4. Ho W, Ju C, Chern Lin J. Structure and ‎properties of cast binary Ti}Mo ‎alloys. 1999 ‎ ‎5. Zhao H, Xie L, Xin C, Li N, Zhao B, ‎Communications LLMT, et al. Effect ‎of molybdenum content on corrosion ‎resistance and corrosion behavior of ‎Ti-Mo titanium alloy in hydrochloric ‎acid‏‎. Elsevier‏‎ [Internet]. [cited 2024 ‎Apr 19]; Available from: ‎https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352492822018736
‎ ‎6. Arezoo Pourshoja, karim Avak, Maziyar ‎Azadbeh, Mohammadreza ‎Etminanfar, Mehdi Ojaghi. A simple ‎and efficient method for creating the ‎beta phase through the selective laser ‎melting process of Ti-10Mo powder ‎mixed alloy; A corrosion approach. ‎Journal of New Materials ‎ [Internet]. ‎‎2024;15(55). Available from: ‎https://jnm.marvdasht.iau.ir/article_6‎‎367.html
‎ ‎7. Xu W, Chen M, Lu X, Zhang D wei, ‎Singh H preet, Jian-shu Y, et al. ‎Effects of Mo content on corrosion ‎and tribocorrosion behaviours of Ti-‎Mo orthopaedic alloys fabricated by ‎powder metallurgy. Corros Sci. ‎‎2020;168(February)
‎ ‎8. Alves APR, Santana FA, Rosa LAA, ‎Cursino SA, Codaro EN. A study on ‎corrosion resistance of the Ti–10Mo ‎experimental alloy after different ‎processing methods. Materials ‎Science and Engineering: C. 2004 ‎Nov 1;24(5):693–6
‎ ‎9. Dzogbewu TC, Du Preez WB. Producing ‎Ti5Mo-Fused Tracks and Layers via ‎Laser Powder Bed Fusion. Metals ‎‎(Basel). 2022;12(6):1–21
‎ ‎10. Dzogbewu TC, Du Preez WB. In situ ‎alloying of Ti10Mo fused tracks and ‎layers via laser powder bed fusion. ‎Manuf Rev (Les Ulis). 2022;9
‎ ‎11. Karim Avak, Maziyar Azadbeh, Samira ‎Eslami, Mehdi Ojaghi. Investigating ‎on the microstructure of cross-‎section and surface of Ti-10Mo alloy ‎produced by selective laser melting. ‎Journal of New Materials ‎ [Internet]. ‎‎2023;14(53):1–20. Available from: ‎https://jnm.marvdasht.iau.ir/article_6‎‎258.html
‎ ‎12. Kong D, Dong C, Ni X, Li X. Corrosion ‎of metallic materials fabricated by ‎selective laser melting. Vol. 3, npj ‎Materials Degradation. Nature; 2019
‎ ‎13. Yeganeh M, Shahryari Z, Talib Khanjar ‎A, Hajizadeh Z, Shabani F. ‎Inclusions and Segregations in the ‎Selective Laser-Melted Alloys: A ‎Review. Vol. 13, Coatings. ‎Multidisciplinary Digital Publishing ‎Institute (MDPI); 2023
‎ ‎14. Wang K, Cao G, Cai Y, Zhou X, Xu C, ‎Zheng X, et al. Microstructure and ‎corrosion behavior of Ti-Mo-Zr alloy ‎fabricated by selective laser melting ‎in simulated oral environment. ‎International Journal of ‎Electrochemical Science . 2024 Nov ‎‎1;19(11)
‎ ‎15. Vanýsek P. CRC Handbook of ‎Chemistry and Physics, 91th Edition. ‎Vol. 18, J. Phys. Chem. Ref. Data. ‎Marcel Dekker; 1978
‎ ‎16. Frankel GS. Pitting Corrosion of Metals: ‎A Review of the Critical Factors. J ‎Electrochem Soc. 1998 Jun ‎‎1;145(6):2186–98
‎