Characterization of a porous nickel-titanium alloy produced with self-propagating high-temperature synthesis

Abstract

The porous NiTi shape-memory alloy (SMA) is a promising biomaterial due to its attractive mechanical property and proper biocompatibility. In this research, the effects of the production parameters on the porosity of the above SMA were investigated using self-propagating high-temperature synthesis (SHS). Powders containing 50.5 atomic percent of Ni and 49.5 atomic percent of Ti were blended for 24 h and cold pressed at pressures of (100, 150 and 200) MPa. After that, NiTi-alloy green compacts were synthesized with the SHS process at different preheating temperatures of (200, 250 and 300)°C, while some of these samples were sintered. The effects of the production parameters, namely, the heat treatment, pressure and preheating temperature on the microstructure and porosity were examined. Microhardness tests were done in order to evaluate the mechanical properties. In addition to NiTi, there were other secondary intermetallic compounds (NiTi2, Ni3Ti and Ni4Ti3) as the base phases of the microstructure. The porosity was changed depending on the process parameters. The porosities of the synthesized products were obtained in a range of 38.6-56 volume percent. It was observed that the preheating temperature had an important effect on the pore-size distribution of the NiTi product. The sintering heat treatment changed the distribution of the phases in the microstructure. The main phase of the porous NiTi alloy was the NiTi phase together with the Ni3Ti2 and Ni2Ti secondary phases.Porozne Ni-Ti zlitine z oblikovnim spominom (SMA; angl.: Shape Memory Alloys) so zaradi privla~nih mehanskih lastnosti in primerne biokompatibilnosti obetaven biomaterial. V~lanku avtorji opisujejo raziskavo vpliva tehnolo{kih parametrov na poroznost SMA, ki so jo izdelali s pomo~jo spontano napredujo~e visokotemperaturne sinteze (SHS; angl.: self-propagating high-temperatures synthesis). Me{anico prahov Ni (50,5 %) in Ti (49,5 %) so me{ali 24 ur in jo nato hladno stisnili pri tlakih (100, 150 in 200) MPa. Potem so surovce iz Ni-Ti zlitine konsolidirali s SHS procesom pri razli~nih temperaturah predgrevanja: (200, 250 in 300)°C. Del vzorcev pa je bil zgo{~en s sintranjem. Nato so analizirali vpliv tehnolo{kih parametrov sinteze (temperature predgretja in toplotne obdelave, tlaka) na mikrostrukturo in poroznost. Mehanske lastnosti so ovrednotili z meritvami mikrotrdote. Poleg NiTi kot osnovne faze so se v mikrostrukturi zlitine pojavljale {e sekundarne faze, kot so intermetalne spojine NiTi2, Ni3Ti in Ni4Ti3. Poroznost je bila odvisna od procesnih parametrov. Poroznosti sintetizirane zlitine so se gibale med 38,6 in 56,0 prostorninskih dele`ev. Ugotovili so, da ima temperatura predgrevanja pomemben vpliv na velikostno porazdelitev por Ni-Ti produkta. Sintranje je spremenilo porazdelitev faz v mikrostrukturi. V sintetiziranih poroznih Ni-Ti zlitinah je kot glavna faza nastopala faza NiTi s sekundarnima fazama Ni3Ti2 in Ni2Ti.

Effect of temperature on morphology and wear of a Cu-Ti-TiC MMC sintered by abnormal glow discharge

“…Additionally, the difference between the thermal expansion values between the copper-titanium and the intermetallics generated the expansion of the material, leaving the pores behind in the regions of titanium particles. This type of porosity had been observed in powder metallurgical materials of the Ti-Ni system, which presented similar mechanisms of intermetallic creation and high diffusion Ni towards Ti with the subsequent formation of porosities with similar crystalline behavior (Ni: FCC; Ti: BCC) as well as the influence of the beta stabilization of titanium [30,45,46].…”

Toz Metalurjisi ile Üretilen Şekil Hafızalı NiTi Alaşımlarında Nb Parçacık İlavesinin Mikroyapı ve Sertlik Üzerine Etkisi

“…Sinterleme işlemi sonrası optik mikroskop mikroyapı görüntüleri Şekil 4'te gösterilmiştir. Şekil 4'te verilen mikro yapı görüntüleri incelendiğinde, taneler arasındaki boyun oluşumunun istenilen düzeyde olduğu [18], nihai yapı içerisinde oluşan gözeneklerin yapısı ve dağılımı da açık bir biçimde görülmektedir. Gözeneklerin etrafında görülen sarı renkli kısımlarda titanyumca zengin fazların oluştuğu ve gözenek içerisinde hapsolan oksijenin sebebiyle titanyumun oksitlenerek sarı renkte olduğu anlaşılmaktadır.…”

Toz metalurjisi ile Üretilen NiTi Alaşımına Al'un Etkisi

“…Eş atomik konsantrasyona sahip NiTi şekil hafızalı alaşım, uygulanan deformasyon sonrası orijinal şekline geri dönme yeteneği ile benzersiz özelliklere sahip en önemli şekil hafızalı alaşımlardan(SMA) biridir [1][2][3]. NiTi alaşımlar şekil hafıza özellikleriyle birlikte yüksek korozyon direnci [4], biyouyumluluk, mükemmel aşınma direnci [5], süper elastiklik gibi eşsiz özelliklere sahiptir.…”

“…Malzeme biliminde alaşımlar birçok yöntem ile üretilmektir. Bu yöntemler arasında; ergitme, reaktif sinterleme, geleneksel sinterleme [1], sıcak izostatik presleme [8], kıvılcım plazma sinterleme [9] ve SHS(kendi kendine ilerleyen yüksek sıcaklık sentezi) [10] yöntemleri farklı araştırmacılar tarafından kullanılmaktadır. Bu yöntemler arasında yer alan SHS yöntemi pahalı ekipmana ihtiyaç duyulmadan ekzotermik reaksiyon sayesinde numunelerin üretimi basit bir şekilde gerçekleşmektedir.…”