اثر هندسه پین بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت‌های سطحی HA-Ti تولید شده به روش FSP
محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوینامیرحسین شهباز 1 , مهرداد عباسی 2 * , حامد ثابت 3
1 - دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی ، کرج، ایران
2 - استادیار، گروه مهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی ، کرج، ایران
3 - دانشیار، گروه مهندسی مواد، واحد کرج، دانشگاه آزاد اسلامی ، کرج، ایران
کلید واژه:
چکیده مقاله :
چکیده
مقدمه: تیتانیوم و هیدروکسی آپاتیت (HA) به طور گسترده در صنایع مختلف به ویژه پزشکی و ایمپلنت‌ها استفاده می‌شوند. در این میان، فرآیند جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (FSP) یکی از بهترین روش ها برای ساخت کامپوزیت های سطح Ti/HA است.
روش: این تحقیق به طور خاص به بررسی تأثیر هندسه پین در فرایند FSP بر ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت‌های سطحی Ti/HA می‌پردازد. در این راستا از پارامترهای فرایند شامل پین‌های مثلثی، مربعی، و مخروط ناقص و سرعت‌های دورانی rpm 1150 و 1250 و سرعت خطی 30 و 45 میلی‌متر در دقیقه استفاده شد. مشخصه‌یابی کامپوزیت‌های سطحی Ti/HA با کمک FESEM، آزمون پراش اشعه ایکس، تحلیل طیف سنج پراکندگی انرژی (EDS) و آزمون کشش انجام شد.
یافته ها: نتایج بررسی ریزساختار نشان داد که هندسه پین به شکل مثلثی سبب عدم امتزاج پودر HA در بستر تیتانیوم می‌شود. همچنین مشخص شد که در سرعت دورانی بالاتر، در پین‌های مربعی و مخروطی ناقص، به دلیل کاهش نقص‌ها مانند حفره‌ها و ترک‌ها، امتزاج به میزان بیشتری رخ می‌دهد. مقادیر استحکام کشش نهایی برای پین مربعی با سرعت خطی mm/min 30 و 45 به ترتیب 772 و 605 مگاپاسکال، و در پین مخروطی ناقص با سرعت خطی mm/min 30 و 45 به ترتیب 894 و 747 مگاپاسکال به دست آمد. بنابراین مشخص شد که استحکام کششی نهایی با افزایش سرعت خطی، در هر دو هندسه پین مربعی و مخروط ناقص کاهش می‌یابد و همواره استحکام کششی نهایی در نمونه‌های FSPشده با پین مخروطی بیشتر از پین مربعی است.
نتیجه گیری: این نتایج نشان می‌دهند که پارامترهای فرایند به طور قابل توجهی بر خواص مکانیکی قطعه تأثیرگذار است.
Abstract
Introduction: Titanium and Hydroxyapatite (HA) are widely used in various industries, especially medicine and implants. The friction stir welding process (FSP) is one of the best methods for the fabrication of Ti/HA surface composites.
Methods: This research specifically examines the effect of pin shape in FSP on the microstructure and mechanical properties of Ti/HA surface composites. Process parameters including pin shape (triangular, square, and conical pins), speeds of 1150 and 1250 rpm, and traverse speeds of 30 and 45 mm/min were used. Characterization of Ti/HA surface composites was performed with the help of FESEM, X-ray diffraction analysis, energy dispersive spectrometer (EDS) analysis, and tensile test.
Findings: The results of the microstructure investigation showed that the triangular pin could not enter HA powder in the titanium substrate. At a higher rotational speed, fusion occurs to a greater extent in square and conical pins, reducing defects such as holes and cracks. The ultimate tensile strength values for the square pin with traverse speeds of 30 and 45 mm/min were 772 and 605 MPa, respectively. For the conical pin with traverse speeds of 30 and 45 mm/min, they were 894 and 747 MPa, respectively. Therefore, it was found that the ultimate tensile strength decreases with increasing traverse speed in both square and conical pins. Additionally, the ultimate tensile strength is always higher in samples processed with a conical pin than a square pin. These results show that process parameters significantly affect the mechanical properties of the specimens.