بررسی رفتار سایشی آلیاژ CoCrMo تولید شده به روش ذوب بستر پودری فلزات با استفاده از پرتوی لیزر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشکده مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 دانشکده مهندسی و علم مواد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر، تهران، ایران.

چکیده

آلیاژهای CoCrMo با داشتن مقاومت به خوردگی و خواص مکانیکی بالا و نیز سازگاری زیستی مناسب، به صورت گسترده‌ای در کاربردهای مختلف پزشکی از قبیل کاشتنی‌های داخل بدن مورد استفاده قرار می‌گیرند. اخیراً با توجه به مزایای روش ذوب بستر پودر لیزری در ساخت قطعات با شکل پیچیده و با سرعت بالا، تولید آلیاژهای CoCrMo با این روش، مورد  توجه محققین قرار گرفته است. از آن‌جا که مقاومت به سایش قطعات در کاربردهای پزشکی از اهمیت بالایی برخوردار است، در این مقاله تاثیر پارامترهای بار اعمالی و نیز مسافت ساییدگی، روی رفتار سایشی آلیاژ CoCrMo تولید شده با روش ذوب بستر پودر لیزری بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش بار اعمالی، مقدار سایش صورت گرفته در قطعات به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد. رگرسیون غیر خطی داده‌ها توانست یک چند جمله‌ای درجه 2 را با دقت بالایی برای بیان ارتباط بین مقدار سایش پدیدار شده نسبت به بار اعمالی ارائه دهد. همچنین ملاحظه شد که با افزایش مسافت طی شده در طول آزمایش سایش پین روی دیسک از 500 به m 1000، حجم اتلاف ماده از حدود 1500 به mm3 2500 افزایش می‌یابد و ساز و کار سایش از نوع خراشان شدید به نوع خراشان خفیف در کنار سایش چسبان تغییر می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation on Tribological Behavior of CoCrMo Alloy Fabricated by Powder Bed Fusion of Metals Using a Laser Beam Process

نویسندگان [English]

  • Meysam Nabizadeh Dizaj 1
  • Morteza Azarbarmas 1
  • Ata Abdi 2
1 Faculty of Materials Engineering, Sahand University of Technology
2 Faculty of Materials Science and Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

CoCrMo alloys having good corrosion resistance  and high mechanical properties as well as good biocompatibility, are widely used in biological applications such as implants. As wear resistance of these parts is important, in this work, the effects of applied load and wear distance on the tribological behavior of CoCrMo alloy produced by powder bed fusion of metals using a laser beam method have been evaluated. Results showed that by increasing the applied force, the amount of volume lost increases according to a two-degree polynomial equation.  Also, it was observed that by increasing the sliding distance from 500 to 1000 m, the total volume loss increases  from 1500 to 2500 mm3 and the wear mechanism changes from severe abrasion to adhesion and weak abrasion.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CoCrMo
  • Laser Powder Bed Fusion
  • Wear Behavior
  • Abrasion Wear
  • Adhesion Wear

مراجع

[1]      A. Mace, P. Khullar, C. Bouknight, J.L. Gilbert, Corrosion properties of low carbon CoCrMo and additively manufactured CoCr alloys for dental applications, Dent. Mater. 38 (2022) 1184–1193.
[2]      S. Mazumder, K. Man, M. Radhakrishnan, M. V Pantawane, S. Palaniappan, S.M. Patil, Y. Yang, N.B. Dahotre, Microstructure enhanced biocompatibility in laser additively manufactured CoCrMo biomedical alloy, Biomater. Adv. 150 (2023) 213415.
[3]      L.G. de la Cruz, P. Alvaredo, J.M. Torralba, M. Campos, Material extrusion: A promising tool for processing CoCrMo alloy with excellent wear resistance for biomedical applications, Mater. Des. 244 (2024) 1–13.
[4]      J.I. Zuchuat, A.S. Manzano, V. Sigot, G.L. Miño, O.A. Decco, Bone improvement in osteoporotic rabbits using CoCrMo implants, Eng. Regen. 5 (2024) 495–504.
[5]      M. Nabizadeh Dizaj, M. Azarbarmas, A. Abdi, The influence of heat treatment on the microstructure, hardness, and wear properties of CoCrMo alloy produced by powder bed fusion of metals using a laser beam (PBF-LB/M) process, Prog. Addit. Manuf. 9 (2024) 1–14.
[6]      S.J. Han, G.B. Bang, W.R. Kim, G.H. Kim, H.-S. Kang, H.S. Han, T.W. Lee, H.G. Kim, Effect on microstructural and mechanical properties of selective laser melted pure Ti parts using stress relief heat-treatment process, J. Mater. Res. Technol. 27 (2023) 200–208.
[7]      S. Raghavendra, A. Molinari, V. Fontanari, V. Luchin, G. Zappini, M. Benedetti, F. Johansson, J. Klarin, Tensile and compression properties of variously arranged porous Ti-6Al-4V additively manufactured structures via SLM, Procedia Struct. Integr. 13 (2018) 149–154.
[8]      A. Takaichi, Y. Kajima, H.L. Htat, N. Wakabayashi, Influences of Different Selective Laser Melting Machines on the Microstructures and Mechanical Properties of Co–Cr–Mo Alloys, Appl. Sci. 14 (2024) 6576.
[9]      P. Pawar, A. Kumar, R. Ballav, Cobalt‐Chromium Alloy Additive Manufacturing Technologies for Biomedical Applications, in: Adv. Addit. Manuf., Wiley Online Library, 2024: pp. 109–120.
[10]    Z. Guoqing, Y. Yongqiang, S. Changhui, F. Fan, Z. Zimian, Study on Biocompatibility of CoCrMo Alloy Parts Manufactured by Selective Laser Melting, J. Med. Biol. Eng. 38 (2018) 76–86.
[11]    T.-N. Lam, K.-M. Chen, C.-H. Tsai, P.-I. Tsai, M.-H. Wu, C.-C. Hsu, J. Jain, E.-W. Huang, Effect of Porosity and Heat Treatment on Mechanical Properties of Additive Manufactured CoCrMo Alloys, Materials (Basel). 16 (2023) 751–768.
[12]    Y. Zhang, W. Lin, Z. Zhai, Y. Wu, R. Yang, Z. Zhang, Enhancing the mechanical property of laser powder bed fusion CoCrMo alloy by tailoring the microstructure and phase constituent, Mater. Sci. Eng. A. 862 (2023) 144449.
[13]    L. Tonelli, M.M.Z. Ahmed, L. Ceschini, A novel heat treatment of the additively manufactured Co28Cr6Mo biomedical alloy and its effects on hardness, microstructure and sliding wear behavior, Prog. Addit. Manuf. 8 (2023) 313–329.
[14]    Y. Gan, M. Zhou, C. Ji, G. Huang, Y. Chen, L. Li, T. Huang, Y. Lu, J. Lin, Tailoring the tribology property and corrosion resistance of selective laser melted CoCrMo alloys by varying copper content, Mater. Des. 228 (2023) 111869.
[15]    J. Chen, X. Ding, J. Wang, Z. Xie, S. Wang, Corrosion behavior, metal ions release and wear resistance of TiN coating deposited on SLM CoCrMo alloy by magnetron sputtering, J. Alloys Compd. 1002 (2024) 175318.
[16]    H. Li, M. Wang, D. Lou, W. Xia, X. Fang, Microstructural features of biomedical cobalt–chromium–molybdenum (CoCrMo) alloy from powder bed fusion to aging heat treatment, J. Mater. Sci. Technol. 45 (2020) 146–156.
[17]    A. Amanov, Effect of post-additive manufacturing surface modification temperature on the tribological and tribocorrosion properties of Co-Cr-Mo alloy for biomedical applications, Surf. Coatings Technol. 421 (2021) 127378.
[18]    W. Fu, S. Liu, J. Jiao, Z. Xie, X. Huang, Y. Lu, H. Liu, S. Hu, E. Zuo, N. Kou, Wear resistance and biocompatibility of Co-Cr dental alloys fabricated with CAST and SLM techniques, Materials (Basel). 15 (2022) 3263.
[19]    G. Straffelini, M. Pellizzari, A. Molinari, Influence of load and temperature on the dry sliding behaviour of Al-based metal-matrix-composites against friction material, Wear. 256 (2004) 754–763.
[20]    G. Cornacchia, S. Cecchel, D. Battini, C. Petrogalli, A. Avanzini, Microstructural, mechanical, and tribological characterization of selective laser melted CoCrMo alloy under different heat treatment conditions and hot isostatic pressing, Adv. Eng. Mater. 24 (2022) 2100928.
[21]    T. Varol, H.C. Aksa, F. Yıldız, S.B. Akçay, G. Kaya, M. Beder, Influence of post processing on the mechanical properties and wear behavior of selective laser melted Co-Cr-Mo-W alloys, Tribol. Int. 192 (2024) 109336.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 56، شماره 12
1403
صفحه 1629-1642

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار