Mechanical alloying process of sintered TI-NB-ZR-TA alloys : process parameters effects on microstructure

The complete production process of a sintered part involves several steps, starting from the creation of powder coming from raw material until the optional finishing operation. The results obtained in terms of mechanical and physical properties are variable, depending on the multiple factors involved into the process. It is well known that titanium-based alloy have high strength-to-weight ratio, excellent overall mechanical characteristics, good corrosion resistance and satisfactory biocompatibility. For this reasons they are widely employed for biomedical purposes, for example as hip prosthesis or replacement of part of human bones. The object of this study will be Ti-Nb alloys (with added percentage of Zr and Ta), with two different percentages of Niobium (24\% and 35\%). This experimental work will focus on the powder mixing stage, its different techniques, the operating parameters involved in the process and the possible outcomes on the final product. It will be investigated how the variation of operating parameters of mechanical alloying technique could affect the final component in terms of Young's modulus, elastic limit, porosity and microstructure. It is already known that parts produced with blended elemental powder reach overall good characteristics, but the solid diffusion of alloying elements is poor, so the samples obtained by mechanical alloying process will be compared with the blended elements ones to underline the main differences. Moreover, a parallel production of samples with blended elemental powder technique will be carried on.

L’intero processo produttivo di un componente sinterizzato comprende vari passaggi, partendo dalla produzione della polvere dal materiale grezzo fino ad arrivare alle eventuali operazioni di finitura. I risultati ottenuti in termini di proprietà fisiche e meccaniche sono variabili, a seconda dei vari fattori che sono coinvolti nel processo. È risaputo che le leghe di titanio hanno una buona relazione tra tenacità e peso, eccellenti proprietà meccaniche generali, una buona resistenza alla corrosione e una soddisfacente biocompatibilità. Per questi motivi sono largamente utilizzate in campo biomedico, ad esempio nelle protesi ossee. L’oggetto di studio di questo lavoro saranno le leghe di Ti-Nb (con una percentuale aggiunta di Zr e Ta), con due diverse percentuali in peso di niobio (24% e 35%). Questo lavorò sperimentale si concentrerà sulle operazioni di miscelazione delle polveri, le principali tecniche di esecuzione, i parametri operativi del processo e i possibili effetti sul prodotto finale. Sarà oggetto di ricerca il modo in cui la variazione dei parametri operativi della tecnica di lega meccanica può influenzare il prodotto finale, in termini di modulo di Young, limite elastico, porosità e microstruttura. È noto che i componenti prodotti partendo dalla miscela di polveri elementali raggiungono delle buone caratteristiche generali, ma la diffusione allo stato solido degli elementi di lega è povera: per questo motivo i campioni creati tramite lega meccanica saranno confrontati con quelli provenienti da miscela di polveri elementali per evidenziare le differenze. Sarà inoltre creata una produzione parallela di campioni creati da polveri elementali per completare il quadro sperimentale.