ผลของปริมาณทองแดงต่อความแข็งและการต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมไทเทเนียม-ทองแดงที่อบเผาผนึก

Abstract

ไทเทเนียมเป็นโลหะที่มีค่าความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงและมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี เนื่องจากสามารถเกิดฟิล์มออกไซด์ได้เช่นเดียวกับอะลูมิเนียม และไม่เป็นอันตรายเมื่อนำมาใช้ในร่างกาย จึงสามารถนำมาผลิตเป็นวัสดุทางทันตกรรม เช่น ฟันปลอมได้ ไทเทเนียมบริสุทธิ์อาจมีความต้านทานการสึกหรอที่ยังไม่ดีนัก การนำทองแดงมาผสมกับไทเทเนียมจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติในด้านนี้ได้ โดยงานวิจัยนี้ได้ศึกษาผลของปริมาณทองแดง แรงอัดที่ใช้ในการขึ้นรูปชิ้นงาน อุณหภูมิและเวลาในการเผาผนึกต่อความหนาแน่นสัมพัทธ์และคุณสมบัติทางกลอันได้แก่ ความแข็งและการต้านทานการสึกหรอ รวมทั้งศึกษาผลของการทำ Solution treatment ต่อคุณสมบัติทางกลดังกล่าว โดยโลหะผสมไทเทเนียมทองแดงที่ผลิตโดยกรรมวิธีทางผงโลหะที่ใช้ศึกษาในงานวิจัยมี 5 ส่วนผสม ได้แก่ 2, 4, 7, 10 และ15% ทองแดงโดยน้ำหนัก จากการศึกษาพบว่า การเพิ่มปริมาณทองแดงจะทำให้ค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์หลังเผาผนึกมีแนวโน้มลดลง โดยเฉพาะการเพิ่มปริมาณทองแดงจาก 10 เป็น 15% ส่วนการเพิ่มแรงอัด อุณหภูมิและเวลาที่ใช้ในการเผาผนึก จะทำให้ค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์มีแนวโน้มเพิ่มขึ้น จากการศึกษาพบว่า การใช้แรงอัดขึ้นรูป 254 MPa อุณหภูมิในการเผาผนึก 1100℃ ใช้เวลา 4 ชม. ให้ค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์และความแข็งในเกณฑ์สูง โดยโลหะผสม Ti-2Cu และ Ti-10Cu จะให้ค่าความหนาแน่นสัมพัทธ์และความแข็งสูงสุดที่ 96% และ 375 HV ตามลำดับซึ่งถูกเลือกมาทำ Solution treatment ต่อไป หลังผ่านการทำ Solution treatment ที่ 1000℃ เป็นเวลา 0.5 ชม. พบว่าความแข็งมีค่าเพิ่มขึ้นและมีค่าสูงสุดที่ 525 HV ในโลหะผสม Ti-10Cu ความต้านทานการสึกหรอซึ่งวัดจากมวลที่สูญหายไปหลังการทดสอบการสึกหรอ พบว่าโลหะผสม Ti-10Cu ซึ่งผ่านการเผาผนึกที่ 1100℃ เป็นเวลา 4 ชม. มีมวลที่สูญหายไปต่ำที่สุดที่ 36.4 mg ซึ่งเทียบเท่ากับอัตราการสึกหรอจำเพาะเท่ากับ 1.01x10⁻¹³ m³/N-m