生体由来フィラーで強化されたチタンマトリックス複合材

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8700 (2022) この記事を引用

1515 アクセス

2 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

新しい金属マトリックス複合材料 (MMC) は、Ti6Al4V マトリックスと珪藻土 (DE) の形態の生体セラミックフィラーを使用して製造されています。 DE 粉末と Ti6Al4V 粉末の混合物は、放電プラズマ焼結 (SPS) 法によって固化されました。固化サンプルの微細構造は、顕微鏡技術とXRDを使用して調査されています。熱機械特性は、少量サンプル技術を使用して取得されています。得られた結果は、製造された複合材料が、フィラーとマトリックスの間の相乗効果により（混合の法則を超えて）優れた機械的および熱的特性を示すことを示しています。

金属マトリックス複合材 (MMC) は、機械的および機能的特性を調整できる新しい種類のエンジニアリング材料です1。 MMC の最も頻繁に使用されるマトリックスの 1 つは、二相 Ti6Al4V2 などのチタンおよびチタン合金です。

文献で報告されている Ti 合金ベースの複合材料の強化材として広く使用されているものは、TiB、TiC、TiB2、TiN、B4C、ZrC、SiC、Al2O3、カーボンナノチューブ 3、4、5、6、7 です。従来のインゴット冶金プロセスでは Ti の化学反応性が高いため、また、製造プロセスにおけるコストと材料ロスを削減するために、不連続フィラー (粒子または短繊維) を使用して TMC を製造する一般的に採用されている方法は粉末冶金 (PM) です。 )8、9、10。優れた複合材の性能を保証する重要なパラメータは、強化材の均一な分散とマトリックスへの高い接着力です。

強化およびマトリックスの反応に応じて、現場外および現場での製造方法が区別される場合があります11。 SiC、TiC、TiB、ZrC などの熱力学的に安定したセラミックを含む複合材料は現場外で加工されます。このルートにより、粒子サイズや粒子の形態は変化せず、優れた機械的特性（耐摩耗性や乾式滑り条件下での摩擦係数など）が得られます。チタンマトリックスのホウ素、炭素、窒素との反応性により、その場での処理が可能になります。現場法によって得られるより優れた界面結合により、これらの複合材料のトライボロジー性能が向上します。

さらに、PM 中の MMC には、ブレンド元素 (BE) 法とプレ合金 (PA) 粉末法として知られる 2 つの可能なアプローチがあります 8,12。 BE 法で得られた元素の機械的特性は低いですが、PA 法で製造された PM の MMC の機械的特性は、Ti 合金で製造されたものと同等です8。

鍛造 Ti6Al4V 合金は、850 ～ 1200 MPa の範囲の引張強度を示し、延性は 3 ～ 26% です8、13、14、15、16。 PM Ti6Al4V の引張強さは、気孔率と微細構造に依存します。

BE によって焼結されたエレメントは、750 ～ 900 MPa の範囲の強度 8,17,18,19,20 と 3 ～ 13% の伸び 8,17,18,19,20 を与えます。 PA Ti6Al4V は、700 ～ 1070 MPa の幅広い引張特性を示し、延性は 7.5 ～ 21% です 8、17、21、22、23、24。強度の上限は、密度 100% の PA 要素で得られます25。

Ti は Si と反応することも知られており、Si の添加が Ti-X-Si 合金の耐酸化性と耐クリープ性に有益な効果をもたらすため、Ti-Si 系は引き続き技術的な関心を集めています 26,27。平衡状態図は、4 つの完全化学量論的相 (TiSi2、TiSi、Ti5Si4、および Ti3Si)、および 1 つの非化学量論的相 (Ti5Si3) の 5 つのシリサイド相を示しています。金属間化合物の中でも金属ケイ化物は、一般に良好な機械的/物理的特性を与えると考えられています28。

Si の潜在的な供給源は、さまざまな種類で発生するシリカ (SiO2)、すなわち、ヒュームドシリカ、アルカリケイ酸塩からの沈降シリカ、粘土、ガラス、および鉱物の溶解からのシリカである可能性があります29、30、31、32、33、34。、35、36。

前述したように、先端複合材料用の Si に富むフィラーは珪藻小片です。近年、珪藻の高度な応用を報告する出版物の数が体系的に増加しています37。珪藻の材料特性への関心は、マイクロおよびナノサイズの開いた体積を備えた独自の階層構造によって決定されます。珪藻の地質堆積物は珪藻土と呼ばれます。 DE 鉱床は北米の多くの場所で採掘されていますが、南極を除くすべての大陸に存在します。

珪藻小片の独特の階層構造のため、Ti マトリックスに組み込まれた後にその形態を保存する技術的ルートを探索することが望ましい。スパークプラズマ焼結 (SPS) は、TMC を製造する新しい方法であり、高い加熱速度、比較的低い平均温度、短い処理時間の下で完全に緻密な複合材料を製造できます。さらに、機械的負荷、温度、電流の効果を組み合わせることができ、粒子とマトリックスの間に効果的な結合が生じます。 SPS での製造に使用できるプリフォームの直径は最大 300 mm38、39、40 です。

入手可能なデータは、Ti6Al4V の SPS 圧密が 700 ～ 1500 °C の温度範囲および無加圧から 80 MPa までの圧密圧力で実行されたことを示しています。 100 °C/分の加熱速度と 2.5 ～ 20 分の範囲の保持時間を適用しました 41、42、43、44、45。

私たちのアプローチでは、スパークプラズマ焼結 (SPS) によって製造された複合材料の微細構造、機械的および熱的特性に対するシリカ珪藻土強化の効果が示されています。私たちの知る限り、これまでのところ、添加剤として珪藻小片を含む Ti マトリックスを含む MMC の製造に関する文献報告はありません。

受け取ったままの Ti6Al4V および珪藻土材料の SEM 画像を図 1 に示します。

受け取ったままの (a) Ti6Al4V 粒子と (b) 珪藻土 (DE) の SEM-EDS 形態。

Ti6Al4V 粒子 (図 1A) は球形で非多孔質で、より大きな粒子にいくつかの衛星が付着しています。 EDS スペクトルにより、チタン粉末が Ti、Al、および V から構成されていることを確認できます (図 1A)。

珪藻土から作られた単一のシェルは、円筒壁に小さな穴のある規則的な円筒形を特徴とします (図 1B)。それはアウラコセイラ属に属し、淡水起源の DE の一般的な代表です。図 1B の珪藻土の EDS 分析では、Si と O の存在が確認されています (Al の発生はアーチファクトです)。

レーザー粒度分析により、Ti6Al4V の平均直径が 86.23 ± 0.19 μm と測定されました。これはメーカーのデータと一致します。珪藻土内では、4.47 ～ 517.20 μm の範囲の粒子を区別できます。フィラー粒子の平均サイズは 26.32 μm です。

すべての放電プラズマ焼結サンプルの相対密度は、DE の含有量を無視して 100% でした。このように材料の相対密度が高いと、優れた機械的特性と性能がもたらされます。理論密度と実験密度の正確な値は、補足情報に記載されています (表 S1 を参照)。混合の法則の原理で分析すると、すべての複合サンプルについて、測定された密度は理論値よりも高くなります。一方、純粋な Ti 合金の場合、実験値はわずかに低くなります (相対差 0.71%)。後者は、ある程度の残留気孔率を示しており、実行された SEM 観察の解像度限界を下回っています。複合サンプルの密度が理論値よりも高いことは、圧密条件下での DE の構造/形態の変化に関連している可能性があります。

珪藻土で強化された Ti6Al4V 合金の SEM 画像を図 2 に示します。後方散乱モードにより、金属マトリックスに Ti6Al4V 合金の特徴である 2 相のラメラ構造が明らかになります 7,46。 DE を添加していないサンプルの SEM 画像 (図 2A) は、細孔が検出されず、良好な圧密を証明しています。密度測定の結果も参照してください。 DE セラミック粒子の添加により、金属マトリックス内の粒子のサイズが減少することが注目されており、これは 7 とよく一致しています。 SEM 検査により、DE に富む粒子は高度に発達した表面と不規則な形状を特徴とすることが明らかになりました。これは、金属マトリックスによる DE の濡れが比較的不十分であることを示しています。 DE 粒子は、Ti6Al4V の粒子の間に位置します。 2B、焼結中に利用可能なスペースを埋める。個々のフラステルのサイズと、直線寸法が約 30 μm である複合材料中の DE 粒子のサイズを考慮すると、粒子はフラステルの凝集体であると結論付けることができます。

複合材の BSE モードの SEM 画像: (a) Ti6Al4V 合金、(b) Ti6Al4V/1% DE、(c) Ti6Al4V/5% DE、(d) Ti6Al4V/10% DE。

Ti6Al4V 合金の破面の SEM 画像 (図 3A) には、延性のあるディンプルと延性のある引き裂き隆起が多数存在することが示されており、延性破壊モードを示唆しています。複合材料の破面トポグラフィーは、DE の添加により延性が低下することを示しています。

複合試験片の破断面の SEM 画像: (a) Ti6Al4V 合金、(b) Ti6Al4V/1% DE、(c) Ti6Al4V/5% DE、(d) Ti6Al4V/10% DE。白い矢印 - 金属マトリックス内の珪藻の破片の痕跡。

マトリックスとフィラー間の良好な結合は、SEM 画像、たとえば図 3、図 S2 ～図 S4 から推測できます。フラステルのインプリントがはっきりと見られ、複合サンプルでは無傷のフラステルが見られます（白い矢印、図3。補足情報の図S2-図S4も参照）。 SEM画像から、珪藻小胞体の内部は空であり、「籠状の細孔」として扱うことができることが明らかになった（図1および2を参照）。 2、3。

得られたＸＲＤ図を図４に示す。Ｖ化合物のピークが観察されないことが分かる。これは、V が固溶体にあることを示しています。酸素は、六方晶系構造 (P 63/mmc no. 194) を示す TiAl2O5 (ISCD no. 98-015-4474) で検出されています。 DE を追加すると、ブラッグピークの右へのシフトが生じます。これは、複合マトリックス内に生成された残留歪みを示している可能性があります。このようなひずみは、Ti に富んだマトリックスと DE 粒子の熱膨張係数の不一致により予想されます。 DE の体積分率が増加すると、残留応力の上昇と結晶相 (Ti リッチ) 相の割合の減少により、Ti の一部の回折ピークが大幅に減少することがわかります。

生体由来フィラーを含む場合と含まない場合の焼結 Ti6Al4V 合金複合材料の X 線回折図。シリーズ: A—0%、B—1%、C—5%、D—10%。

強化材として珪藻土を使用した場合と使用しない場合の焼結 Ti6Al4V 合金の接触角の測定による表面濡れ性の調査の結果を表 1 と図 S5 に示します (補足情報を参照)。 DE の添加により、親水性が低下する方向に接触角がわずかに変化します (純粋な合金の 54.56 から 10% の強化の 57.66 まで)。

製造されたサンプルの熱膨張係数 (CTE) と熱伝導率 (\(\lambda \)) が得られました。結果を図５Ａに示す。

(A) 生体起源フィラーを使用した場合と使用しない場合の焼結 Ti5Al4V 合金複合材料の熱膨張係数。 (B) 生体起源フィラーを含む場合と含まない場合の焼結 Ti6Al4V 合金複合材料の温度の関数としての熱伝導率。シリーズ: A—0%、B—1%、C—5%、D—10%。

調査されたサンプルの熱膨張係数 (CTE) の重要性は、引張残留応力の生成に影響を与える材料の熱特性に厳密に関連しています。セラミック強化材の熱膨張係数は、その形状に関係なく、ほとんどの金属マトリックスの熱膨張係数よりも小さくなります。係数が低いため、複合材料が温度変化にさらされると、マトリックスと強化材の両方のコンポーネントに熱応力が発生します。予測された熱特性は、複合材料の構造、界面、および内部熱応力によるマトリックスの塑性変形により実現するのが困難です。

結果は、珪藻土の形でセラミックフィラーを添加しても、複合材料試験片の見かけの CTE の平均値に大きな変化が生じないことを示しています。一方、製造された MMC の CTE 値は、純粋な Ti6Al4V 合金と比較して、測定値のばらつきが大幅に大きいという特徴があります。

熱伝導率のグラフ表示 (図 5B) は、温度とともに伝導率が増加することを明確に示しています。セラミック強化材を追加すると導電率が低下しますが、これは理論とよく一致しています。

セラミックフィラーのさまざまな体積分率が微小硬度に及ぼす影響を図 6 と表 2 に示します。珪藻土で Ti6Al4V を強化すると、微小硬度が 314.96 HV から 378.37 HV および 512.29 HV まで増加することが観察されます。 HV、それぞれ 5% および 10% DE の場合。 1% の強化材を追加すると、硬度が大幅に (20%) 増加することに注意してください。

Ti6Al4V ベースの複合材料の硬度をセラミック強化材の含有量に対してプロットしました。

ハヤットら。 (2019) は、延性チタンマトリックスに硬質セラミック粒子を組み込むと、その硬度が大幅に向上すると報告しました10。ここで得られた結果のグラフ表示に基づくと、今回のケースでは混合規則からの逸脱が観察され、DE 強化の強化効果と軟化効果の重複が示されています。

引張試験の結果を表３および図７Ａに示す。純粋な Ti6Al4V と比較して、1% 珪藻土を含む TMC はより高い強度パラメータ (降伏強度 R0.2t と引張強度 Rmt の両方) を示しました。一方、強化量が 5 vol% および 10 vol% の場合、引張強さの低下が観察されました。実際、これらの体積分率の DE (5 および 10%) を含む試験片は降伏強度に達する以下で破壊され、セラミックに典型的な特性を示しました。これは、DE の体積分率が 5% を超えると、DE 粒子が応力集中体として機能し、降伏点に達する前に破壊を引き起こすことを明確に示しています。

(A) 引張試験、(B) 静的圧縮試験による、製造された複合材料 Ti6Al4V/DE の応力 - ひずみ曲線。シリーズ: A - 0%、B - 1%、C - 5%、D - セラミック強化材の含有量 10%。

破面SEM画像は補足情報に示されています（図S6を参照）。純粋な Ti6Al4V 合金の破面には、さまざまなサイズのディンプルが見られます。珪藻土の形で補強材を追加すると、脆性領域と延性領域が混在する結果になります。平面ファセットには、DE に存在するフラステルの剥離によって引き起こされたインプリントが現れます。

図 7B は、放電プラズマ焼結サンプルの圧縮応力 - ひずみ曲線を示します。値は表 4 に示されています。応力 - ひずみ曲線は、典型的な弾塑性変形を示しています。充填剤の量を増やすと (1% および 5%)、圧縮強度が増加します。 5% のフィラーを含む試験片では、2159 MPa という最高の圧縮応力が得られました。

試験片の機械的特性の試験結果は、(a) Ti リッチマトリックスの特性に対する DE 添加の影響、および (b) 引張/圧縮で加えられた荷重に対する複合構造の反応という観点から議論できます。金属マトリックスに対する DE 添加の影響に関しては、複合サンプルは Ti 結晶の粒径が小さいことを特徴としており、これにより複合マトリックスの降伏流量がより高い値をもたらすことがわかります。 Ti に富むマトリックスの粒子サイズの原因となるメカニズムは、DE 粒子による焼結中の粒子成長の阻害である可能性が非常に高いです。実際、図 2 に示す微細構造は、DE 粒子が Ti 結晶の境界に位置していることを明確に示しています。 Tiマトリックスの強化における粒径の微細化に加えて、焼結温度からの冷却時のTiマトリックスとDE粒子の熱収縮の違いに対応するために必要な幾何学的に必要な転位の影響も考慮する必要があります。要約すると、DE の存在により、対象の複合材料の金属マトリックスが強化されます。一方、DE 粒子の機械的強度は Ti マトリックスよりもはるかに低く、DE 粒子の存在により試験片の有効耐荷重断面積が減少し、その結果複合強度の低下を引き起こします。 DE 粒子は応力集中剤としても機能し、引張試験における試験片の脆性破壊を促進します。したがって、加えられる荷重のモード（引張、圧縮、ビッカース硬度）に応じて、複合材料の機械的特性は、DE 粒子の衝撃の強化と弱化の間の相互作用によって決定されます。強化効果は、小さな体積部分および圧縮モードで支配的です。 DE 粒子の影響に関するこれらの二分法を認識すると、問題の複合材料の特定の用途に適切な体積分率を選択できるようになります。

新しい複合材料 Ti6Al4V/珪藻土は、放電プラズマ焼結 (SPS) 法を使用して製造されました。これらの複合材料の SEM 画像から、この技術的手法により珪藻が保存されていることが明らかになりました。マトリックスは補強材を貫通せず、マトリックスと生体フィラーの間に良好な結合が得られます。複合材料内の DE 含有量が増加すると、親水性が低下し、疎水性に変化します。

XRD測定により、TiAl2O5相を特定することができました。ケイ化物相は見つからなかった。ＸＲＤスペクトルにより、ＤＥの粒子によって生成された残留応力も明らかになった。

フィラーなしで焼結したサンプルと比較して、DE 含有量の増加に伴い、圧縮降伏強さは増加しましたが、可塑性は徐々に減少しました。特に、Ti6Al4V-5 vol% DE 複合材料の場合、圧縮降伏強度は 1801 MPa であり、これは約 1801 MPa です。純粋な Ti6Al4V (1111 MPa) よりも 62% 高い。さらに、良好な圧縮可塑性 (34.6%) を維持します。引張試験の場合、最高値は Ti6Al4V-1 vol% DE 複合材料で得られ、引張降伏強さは 968 MPa で、これは約 100 MPa です。純チタン（767MPa）よりも26%高く、許容可能な引張ひずみを維持します。

熱膨張係数 (CTE) の平均値の場合、純粋な Ti6Al4V 合金とセラミックフィラー (DE) を添加した場合では大きな違いは認められません。珪藻土を配合することで熱伝導率を下げました。

我々の結果を文献に示されている値と比較すると、1 vol% および 5 vol% DE を含むサンプルが BE 法で焼結した要素よりも優れた引張強度を示したことが明確に示されています。同時に圧縮強度は2000MPaを超えます。これは著しく高い値であり、ここで製造された複合材料は、加えられる荷重によって主に圧縮応力が生成されるデバイスの製造の有望な候補となる。

この結果は、珪藻小片の形態の生体フィラーが、航空宇宙、自動車、スポーツ用品などの高性能TMCの開発における将来の用途のための魅力的な強化材として使用できることを示している。

Ti6Al4V (UNS R56400/3.7165)、チタングレード 5、粒子サイズ: 0 ～ 53 μm (密度 2.53 g/cm3) および 53 ～ 105 μm (密度 2.56 g/cm3) の球状粉末 (Wolften、ヴロツワフ、ポーランド)使用済み。非常にきれいな淡水堆積物から採取した単細胞微生物 (Aulacoseira sp.) の殻からなる珪藻土 (DE、珪藻土、パーマガード) を充填材として使用しました。

実験部分では、Ti6Al4V と珪藻土 (DE) の混合物を使用しました。ＳＰＳプロセスは、真空下、一軸圧縮圧力１．２ＭＰａで実施した。粉末混合物を内径２５ｍｍの円筒形グラファイトダイに入れ、２つのグラファイトパンチの間でプレスした。混合物を 50 °C × min-1 の加熱速度で 1000 °C まで加熱し、最終温度で 5 分間維持しました。このプロセスは、-0.5 Atm の不活性ガス、アルゴン中で行われました。アルキメデス法によって測定されたサンプルの相対密度は、理論値の 100% と推定されました。

Ti6Al4V 粉末と珪藻土 DIATOMIT (Perma-Guard、米国) の特性評価は、超高解像度分析デュアルビーム FIB-SEM ツール (Scios2 DualBeam、Thermo Fisher Scientific、米国マサチューセッツ州ウォルサム) を使用して実施されました。高真空スパッタコーターを使用して、粉末サンプルを Au (5 nm 層) でコーティングしました。 Ti6Al4V 粉末と珪藻土の元素分析は、エネルギー分散型 X 線分光法 (EDS) を使用して実行されました。元素マップは、加速電圧 30 kV、元素範囲 10 keV で収集されました。

Ti6Al4V 粉末の粒度分布は、水懸濁液中でレーザー粒度分析装置 (Fritsch、Idar-Obserstein、ドイツ) によって測定されました。珪藻破片のサイズの分布は、分別プロセス中にエアジェットふるい機 AS200 ジェット (Retsch、ドイツ) を使用して測定されました。

複合材料の実験密度 (かさ密度) はアルキメデス法によって得られました。理論密度は混合の法則を使用して計算されました。かさ密度は式(1)を使用して計算されました。 (1):

ここで、ρB - かさ密度、msat - 飽和質量、md - 乾燥質量、msus - 浮遊浸漬質量。

室温での X 線回折 (XRD) 測定は、Mo X 線管 (Kα 放射、λ = 0.7093187 Å、40 kV、40 mA) および PixCel1D ストリップ検出器を備えた Empyrean Panalytical 粉末回折計を使用して実行されました。散乱強度は、14°から38°までの2θの範囲で0.026261°刻みでブラッグ・ブレンターノ幾何学構造で記録されました。パターンの取得は、プレキシガラスホルダー上の固体サンプル (4 × 4 mm) に対して行われました。固体サンプルの小さな領域 (4 × 4 mm) には、狭い固定スリットが必要でした。開口部の変化により、回折図における背景 (プレキシガラスのカバー) からの応答がはるかに小さくなりました。相分析は、HighScore プログラム 47 を使用して、ISCD データベースに基づいて実行されました。

接触角測定は、Osilla Contact Angle Goniometer (Osilla、シェフィールド、英国) を使用して、室温および大気圧で固滴法によって実行されました。各サンプルについて、それぞれ 2 μl の水滴を使用して 10 回の独立した測定を実行しました。巨視的な特性を調べ、トポグラフィーの影響を排除するために、研磨断面の接触角の測定が行われました。得られた結果は、表面の不均一性の影響を軽減するために平均化されました。

複合サンプルの硬度は、PN-EN ISO 6507-1 に従って、硬度試験機 DuraScan 20 (Struers) を使用し、荷重 HV5 (約 49.03 N) でビッカース法によって試験されました。

熱膨張係数 CTE は、真空中で標準的な 4 プローブ法を使用して測定されました。熱伝導率 \(\lambda \) は、式 \(\lambda = \alpha \cdot {C}_{p}\cdot \rho \) に従って計算されました。ここで、Cp は、直径 10 mm、高さ 1 mm のサンプルを使用したレーザーフラッシュ法 (LFA、Netzsch、457 MicroFlash) による測定。すべての測定は 323 K ～ 723 K の温度範囲で実行されました。

静的引張試験は、小型試験片引張試験 (SSTT) 技術 48、49、50 を使用して実施されました。補足情報（図S1を参照）に示されている寸法のサンプルは、負荷容量±1 kNのロードセルを備えたZwick/Roell Z005（ZwickRoell GmbH & Co. KG、ドイツ）の万能電気機械試験機で試験されました。試験は、試験機のクロスヘッド変位０．００５ｍｍ／秒によって制御された。初期ひずみ速度は 1 × 10-1 1/s でした。

試験片のサイズが小さいため、ひずみの計算には画像相関に基づく非接触光学的手法 (DIC-デジタル画像相関) が適用されました。局所的な変形、および試験片の全領域にわたる変形領域は、Correlation Solutions Inc. が提供する VIC 2d 商用ソフトウェアを使用して解析されました。工学的な応力 - ひずみ曲線の値は、後処理 DIC 解析によって計算されました。静的圧縮試験では、特徴的な寸法が 3 mm の立方体試験片が使用されました。試験は一定時間変位（0.003 mm/s）で制御され、最終的にひずみ速度は引張 1 × 10-1 1/s と同じになりました。圧縮試験では、塑性ひずみ 2% での非標準降伏強度が計算されました。

この研究中に生成または分析されたすべてのデータは、この公開された論文 (およびその補足情報ファイル) に含まれています。

Evans, A.、San Marchi, C.、Mortensen, A. 産業における金属マトリックス複合材料 (Springer、2003)。 https://doi.org/10.1007/978-1-4615-0405-4。

Google Scholar を予約する

Rosso, M. セラミックおよび金属マトリックスの複合材料: ルートと特性。 J. メーター。プロセス。テクノロジー。 175、364–375 (2006)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Morsi、K. & Patel、VV チタン - ホウ化チタン (TiBw) マトリックス複合材料の処理と特性 - レビュー。 J. メーター。科学。 42、2037–2047 (2007)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Geng, L.、Ni, DR、Zhang, J. & Zheng, ZZ その場チタンマトリックス複合材料の引張特性に対する TiBw と TiCp のハイブリッド効果。 J. アロイズ Compd. 463、488–492 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

Munir, KS、Kingshott, P. & Wen, C. 粉末冶金によって調製されたカーボンナノチューブ強化チタン金属マトリックス複合材料のレビュー。クリティカル。 Rev.ソリッドステートメーター。科学。 40、38–55 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Shivakumar, N.、Vasu, V.、Narasaiah, N.、および Kumar, S. ナノサイズの Al2O3 粒子強化 ZA-27 金属マトリックス複合材料の合成と特性評価。手順メーター。科学。 10、159–167 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Sivakumar, G.、Ananthi, V. & Ramanathan, S. ナノ SiC 粒子で強化された Ti-6Al-4V マトリックス複合材料の製造と機械的特性。トランス。非鉄金属。社会中国 27、82–90 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Kumar, P. & Chandran, KSR 粉末冶金 (PM) Ti-6Al-4V 合金の強度-延性特性マップ: 加工-構造-特性関係の批判的レビュー。メタル。メーター。トランス。 A 48、2301–2319 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Konstantinov, AS、Bazhin, PM、Stolin, AM、Kostitsyna, EV & Ignatov, AS Ti-B ベース複合材料: 特性、基本的な製造方法、および応用分野 (レビュー)。コンポ。パート A 応用例科学。メーカー 108、79–88 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Hayat, MD、Singh, H.、He, Z. & Cao, P. チタン金属マトリックス複合材料: 概要。コンポ。パート A 応用例科学。メーカー 121、418–438 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

近藤 K. 粉末冶金 (PM) ルートによるチタン金属マトリックス複合材料。チタン粉末冶金学 277–297 (エルゼビア、2015)。 https://doi.org/10.1016/B978-0-12-800054-0.00016-2。

Google Scholar の章

ファング、ZZ 他チタンの粉末冶金の過去、現在、未来。内部。メーター。改訂 63、407–459 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Eylon, D. & Pierce, CM Ti-6Al-4V のノッチ疲労特性に対する微細構造の影響。メタル。トランス。 A 7、111–121 (1976)。

記事 Google Scholar

Yoder, GR、Cooley, LA、Crooker, TW ウィドマンステッテン Ti-6Al-4V 合金における微細構造に敏感な疲労亀裂の成長に関する観察。メタル。トランス。 A 8、1737 ～ 1743 年 (1977 年)。

記事 Google Scholar

Margolin, H. & Mahajan, Y. Ti-6AI-4V における空隙の形成、空隙の成長、および引張破壊。メタル。トランス。 A 9、781–791 (1978)。

記事 Google Scholar

材料特性ハンドブック。チタン合金 (ASM インターナショナル、1993)。

Google スカラー

Froes, FH & Eylon, D. チタン合金の粉末冶金。内部。メーター。改訂 35、162–184 (1990)。

記事 CAS Google Scholar

萩原正人、海江田裕司、川辺裕司、三浦真司 α-β 合金の疲労特性向上混合元素 P/M アプローチによるチタン合金。 ISIJ国際 31、922–930 (1991)。

記事 CAS Google Scholar

藤田哲也、小川明、大内千尋、田島宏。新しく開発された混合元素粉末冶金プロセスで製造されたチタン合金の微細構造と特性。メーター。科学。工学 A 213、148–153 (1996)。

記事 Google Scholar

Haase、C.、Lapovok、R.、Ng、HP & Estrin、Y. 等チャンネルのアンギュラープレスによるブレンド元素粉末の圧縮による Ti-6Al-4V ビレットの製造。メーター。科学。工学 A 550、263–272 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Abouelmagd, G.、Büchkremer, HP、El-Magd, E.、Stöver, D. 粉末冶金によって加工された TiAl6V4 合金の機械的特性。 J. メーター。プロセス。テクノロジー。 37、583–597 (1993)。

記事 Google Scholar

Zhang, K.、Mei, J.、Wain, N. & Wu, X. 熱間静水圧プレスされた粉末 Ti-6Al-4V サンプルの微細構造と特性に対する熱間等方圧プレスパラメーターの影響。メタル。メーター。トランス。 A 41、1033–1045 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Xu, L.、Guo, R.、Bai, C.、Lei, J. & Yang, R. 熱間静水圧プレス条件と冷却速度がアトマイズ粉末からの Ti-6Al-4V 合金の微細構造と特性に及ぼす影響。 J. メーター。科学。テクノロジー。 30、1289–1295 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Kim, Y.、Kim, E.-P.、Song, Y.-B.、Lee, SH、クォン, Y.-S. 熱間静水圧プレスされた Ti-6Al-4V 合金の微細構造と機械的特性。 J. アロイズ Compd. 603、207–212 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Bozic, D.、Sekulic, D.、Stasic, J.、Rajkovic, V. & Jovanovic, MT 低コスト Ti6Al4V 合金の機械的特性と破壊トポグラフィーに対する微細構造特性と汚染物質の影響。内部。 J. メーター。解像度 99、1268–1274 (2008)。

記事 CAS Google Scholar

Azevedo、CRF & Flower、HM Ti-Al-Si 系の計算された三元系図。メーター。科学。テクノロジー。 16、372–381 (2000)。

記事 Google Scholar

Azevedo、CRF & Flower、HM Al-Si-Ti 三元状態図の実験および計算された Ti リッチコーナー。 Calphad 26、353–373 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

パウフラー、PJH ウェストブルック、RL フライシャー (編)。金属間化合物。原則と実践。ジョン・ワイリー＆amp; サンズ、チチェスター、1995 年。 1. 原則。 1126 S. ISBN 0–471–94219–7. Vol. 2: 練習します。 752 S. ISBN 0–471–93454–2。セット: ISBN 0–471–93453–4。プレイス：クリスタ。解像度テクノロジー。 30、920–920 (1995)。

安保正他多孔質バイヤーガラス上に固定された高度に分散した酸化チタンのフォトルミネッセンスと光触媒活性。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 89、5017–5021 (1985)。

記事 CAS Google Scholar

Fu, X.、Clark, LA、Yang, Q. & Anderson, MA チタニアベースの二元金属酸化物の光触媒性能の向上: TiO 2 /SiO 2 および TiO 2 /ZrO 2。科学。テクノロジー。 30、647–653 (1996)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Gao, X. & Wachs, IE 触媒としてのチタニア-シリカ: 分子構造特性と物理化学的特性。カタル。 Today 51, 233–254 (1999)。

記事 CAS Google Scholar

郭、X.-C. & Dong, P. 単分散シリカナノスフェア上の厚いチタニア層の多段階コーティング。 Langmuir 15、5535–5540 (1999)。

記事 CAS Google Scholar

Mogyorósi, K.、Dékány, I. & Fendler, JH 粘土鉱物に挿入された二酸化チタンナノ粒子の調製と特性評価。ラングミュア 19、2938–2946 (2003)。

記事 CAS Google Scholar

平野 M. & 太田 K. アナターゼ (TiO 2)/シリカ (SiO 2) 複合ナノ粒子の直接形成と光触媒性能。混雑する。セラム。社会 87、1567–1570 (2004)。

記事 CAS Google Scholar

リー、J.-W.、コング、S.、キム、W.-S. & Kim, J. シェルの厚さを制御した SiO2/TiO2 コアシェル粒子の調製と特性評価。メーター。化学。物理学。 106、39–44 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

Kibanova, D.、Trejo, M.、Destaillats, H. & Cervinisilva, J. モデル大気汚染物質の分解のための光触媒活性を持つヘクトライト - TiO2 およびカオリナイト - TiO2 ナノ複合材料の合成。応用クレイサイエンス。 42、563–568 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Sharma, N. et al. 珪藻バイオテクノロジー: より環境に優しい明日のためのさまざまな産業応用。フロント。 3月科学。 8、2 (2021)。

ADS Google Scholar

Eriksson, M.、Shen, Z.、Nygren, M. チタン粉末の高速緻密化と変形。パウダーメタル。 48、231–236 (2005)。

記事 CAS Google Scholar

Orrù, R.、Licheri, R.、Locci, AM、Cincotti, A. & Cao, G. 電流活性化/補助焼結による材料の固化/合成。メーター。科学。工学 R Rep. 63、127–287 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Ertorer, O.、Topping, TD、Li, Y.、Moss, W. & Lavernia, EJ 放電プラズマ焼結によって強化されたナノ構造 Ti。メタル。メーター。トランス。 A 42、964–973 (2011)。

記事 CAS Google Scholar

Despang, F. et al. 新規の超微粒子で分散強化されたチタンベースの材料に対するヒト骨髄間質細胞の反応。アクタバイオメーター。 6、1006–1013 (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Quan, Y. et al. Ti6Al4V フォームは、後熱処理を伴う放電プラズマ焼結によって製造されます。メーター。科学。工学 A 565、118–125 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Zhang, F.、Reich, M.、Kessler, O.、Burkel, E. 金属材料に対する急速冷却スパークプラズマ焼結の可能性。メーター。今日、16、192–197 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Ghesmati Tabrizi, S.、Sajjadi, SA、Babakhani, A. & Lu, W. 原位置 TiB および TiC 強化 Ti6Al4V 複合材料の微細構造および曲げ挙動に対する、放電プラズマ焼結とその後の熱間圧延の影響。メーター。科学。工学 A 624、271–278 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Hao、Y.ら。放電プラズマ焼結技術による浸炭法による TiC 強化 Ti6Al4V ベース複合材料の迅速な製造。メーター。デス。 65、94–97 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Jovanović, MT、Tadić, S.、Zec, S.、Mišković, Z. & Bobić, I. インベストメント鋳造 Ti-6Al-4V 合金の微細構造と機械的特性に対する焼鈍温度と冷却速度の影響。メーター。デス。 27、192–199 (2006)。

記事 CAS Google Scholar

Degen, T.、Sadki, M.、Bron, E.、König, U.、Nénert, G. ハイスコアスイート。粉末の違い 29、S13–S18 (2014)。

記事 ADS CAS Google Scholar

モラック、RM et al. 圧力容器鋼の残存寿命を判定する際のマイクロ引張試験サンプルの使用。応用メカ。メーター。 7–8、2 (2007)。

Google スカラー

モラック、RM et al. 316L ステンレス鋼の溶接継手の機械的特性の測定。内部。 J. を押します。容器。ピップ。 86、2 (2009)。

記事 CAS Google Scholar

Molak, RM、Kartal, ME、Pakiela, Z. & Kurzydlowski, KJ 14MoV6 フェライト - パーライト鋼の局所的な機械的特性に対する試験片サイズと表面状態の影響。メーター。科学。工学 A 651、2 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

リファレンスをダウンロードする

Izabela Zgłobicka は、天然フィラーを使用した金属マトリックス複合材料プロジェクトへの財政的支援として国立科学センターから提供された資金に感謝します (助成金番号 2018/31/D/ST8/00890)。 X 線回折分析は、助成金 OPUS no. に基づいて国立科学センターの支援を受けました。 2018/31/B/ST3/00279。著者らは、原稿を批判的に読み、文言を修正してくれたコロラド大学ボルダー校の John P. Kociolek 教授に感謝します。

ビャウィストク工科大学機械工学部、Wiejska 45C、15-351、ビャウィストク、ポーランド

イザベラ・ズグロビッカ、バーバラ・フィエドルク、クシシュトフ・J・クルジドロウスキー

Lukasiewicz 研究ネットワーク - マイクロエレクトロニクスおよびフォトニクス研究所、アラバマ州。 Lotnikow 32/46、ワルシャワ、ポーランド

ラファル・ジバラ & カミル・カシュカ

ワルシャワ工科大学材料科学工学部、Woloska 141、02-507、ワルシャワ、ポーランド

ラファル・ジバラ、ラファル・モラック、モニカ・ヴィエゾレク

ビャウィストク大学物理学部、K. Ciolkowskiego 1L、15-245、ビャウィストク、ポーランド

カタルジナ・レコ

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

IZ: 概念化、方法論、検証、正式な分析、調査、リソース、執筆 - 原案、執筆 - レビューと編集、視覚化、監督、プロジェクト管理、資金調達。 RZ: 方法論、調査、執筆 - レビューと編集。 KK: 方法論、調査、視覚化、執筆 - レビューと編集。 RM: 方法論、調査、執筆 - レビューと編集。 MW: 調査。 KR: 調査、執筆 - レビューと編集。 BF: 調査。 KJK：執筆・評論・編集、監修。

イザベラ・ズグロビッカへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

オープンアクセスこの記事はクリエイティブコモンズ表示 4.0 国際ライセンスに基づいてライセンスされており、元の著者と情報源に適切なクレジットを表示する限り、あらゆる媒体または形式での使用、共有、翻案、配布、複製が許可されます。クリエイティブコモンズライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられたかどうかを示します。この記事内の画像またはその他のサードパーティ素材は、素材のクレジットラインに別段の記載がない限り、記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれています。素材が記事のクリエイティブコモンズライセンスに含まれておらず、意図した使用が法的規制で許可されていない場合、または許可されている使用を超えている場合は、著作権所有者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを表示するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ にアクセスしてください。

転載と許可

Zglobicka、I.、Zybala、R.、Kaszyca、K. 他。生体由来のフィラーで強化されたチタンマトリックス複合材。 Sci Rep 12、8700 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-12855-5

引用をダウンロード

受信日: 2022 年 3 月 3 日

受理日: 2022 年 5 月 16 日

公開日: 2022 年 5 月 24 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-12855-5

次のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます。

申し訳ございませんが、現在この記事の共有リンクは利用できません。

Springer Nature SharedIt コンテンツ共有イニシアチブによって提供

コメントを送信すると、利用規約とコミュニティガイドラインに従うことに同意したことになります。虐待的なもの、または当社の規約やガイドラインに準拠していないものを見つけた場合は、不適切としてフラグを立ててください。