麦克马斯特大学丨LPBF增材制造Ti-HA复合材料: HA对微观结构和性能的影响
研究要点
1、首先研究人员将Ti-6Al-4V基粉与HA粉混合。复合系统的命名如表1所示。SEM（图1）表明HA颗粒在整个Ti64-HA复合粉末系统中均匀分散并且没有明显的团聚，大部分HA颗粒粘附Ti64粉末颗粒的表面。EDS分析表示粘附颗粒由HA的构成元素Ca、P和O组成。通过测量不同复合粉末的光反射率随波长的变化清楚地揭示了修饰的粉末颗粒在增强光/颗粒相互作用方面的重要作用，从而降低了反射率。
图1 SEM 显微照片：(a)1%-M、(b)1%-N、(c)2.5%-M、(d)2.5%-N复合材料、(e)Ti64粉末。(g,h,i)为(f)中所示的2.5%-M复合粉末的元素EDS 图(j)Ti64、HA-M、HA-N和不同复合粉末的光反射率随波长的变化
2、随后研究人员表征了材料的机械性能。纳米压痕载荷-位移曲线（图2）结果表明所有材料均呈现弹塑性。掺入HA后引起的强化效应使得复合材料中观察到最大穿透深度相比Ti64显着降低。并且HA含量越高，最大渗透深度越低。添加1 wt% HA（微米级或纳米级）和2.5 wt% HA分别导致纳米硬度增加约30%和75%。应力-应变曲线（图3）显示Ti64的屈服强度为1080 ± 36 MPa，1%-M和1%-N复合材料的屈服强度分别比整体Ti64高19%和17%。很明显，HA粒度对纳米硬度和屈服强度方面的机械性能没有显着影响。
图3 LPBF制造的纳米压痕应力-应变曲线：(a)整体Ti64，(b) 1%-M，(c) 1%-N，和(d) 2.5%-M 样品。(e)从(a–d)中的纳米压痕衍生应力-应变曲线获得的样品的平均屈服强度
3、最后研究人员进行了显微结构表征，结果表明：Ti64、1%-M和1%-N样品都没有裂纹，而图（4）中结果显示2.5%-M和2.5%-N样品包含分布在整个零件中且方向随机的高频长裂纹。随后通过EBSD分析检查了该样品中包含裂纹的区域，揭示了所研究裂纹的跨晶性质，并表明裂纹没有沿着PBG（晶间）传播。
图4 (a)OM和(b)来自LPBF制造的2.5%-M样品横截面的SEM图像。(c)反极图(IPF-X)、(d) 重建的PBG和(e)核平均取向误差(KAM)EBSD图，来自裂纹及其邻近区域
总结
论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.05.111
Fereiduni E, Balbaa M, Mahmoud D, et al. Processing of hydroxyapatite (HA)-Ti-6Al-4V composite powders via laser powder bed fusion (LPBF): Effect of HA particle size and content on the microstructure and mechanical properties[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2023.
