ВЛИЯНИЕ ИМПУЛЬСНОЙ ИОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СПЛАВА, СФОРМИРОВАВШЕГОСЯ ПРИ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПЕЧАТИ ПРОВОЛОКОЙ ВТ6св

Проведено исследование микроструктуры и свойств титанового сплава, сформировавшегося при электронно-лучевой печати проволокой ВТ6св, после обработки импульсным ионным пучком. Образцы были получены на лабораторной установке электронно-лучевого аддитивного производства, разработанной в ИФПМ СО РАН. Процесс формирования образцов осуществляли путем сплавления титановой сварочной проволоки марки ВТ6св диаметром 1,6 мм в условиях вакуума при давлении 10^–3 ‒ 10^–2 Па. Энергетическое воздействие с применением импульсной ионной обработки осуществляли на ускорителе ТЭМП-4М при ускоряющем напряжении 200 кВ, длительности импульса на половине максимума 100 нс и плотности энергии 2 Дж/см². Методами просвечивающей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии и измерениями микротвердости установлено, что воздействие импульсного ионного пучка приводит к существенным изменениям в микроструктуре поверхности: наблюдается трансформация β-фазы в α-фазу, а также образование наночастиц интерметаллического соединения Al₃V. Толщина модифицированного слоя составляет около 5,5 мкм. Выявлено незначительное увеличение микротвердости (с 254,39 до 261,37 HV) при этом достигается более равномерное распределение значений твердости. Ионно-пучковая обработка может способствовать улучшению биосовместимости титановых имплантатов за счет устранения острых краев, возникающих в процессе механической обработки и снижения шероховатости. В сравнении с традиционными методами термического воздействия ионная обработка демонстрирует высокую степень управляемости и адаптивности, что делает ее перспективной для применения в медико-биологических системах. Полученные результаты открывают новые возможности функционализации поверхности титановых сплавов и обладают высоким прикладным потенциалом.

1. Gaspar B. Microstructural characterization of Ti – 6Al – 4V and its relationship to sample ge-ometry. Materials Engineering. 2012:1–22.

2. Ho W.F., Ju C.P., Chern J.H. Structure and properties of cast binary Ti – Mo alloys. Bio-materials. 1999;20(22):2115–2122.

3. https://doi.org/10.1016/s0142-9612(99)00114-3

4. Suwas S., Vikram R.J. Texture Evolution in Metallic Materials During Additive Manufac-turing. Transactions of the Indian National Academy of Engineering. 2021;6:991–1003.

5. Введение в физику кристаллизации метал-лов / Под. ред. Я.С. Уманского. Москва: Изд-во Мир, 1967:170.

6. Klimenov V., Kolubaev E., Chumaevskii A., Ustinov A., Strelkova I., Rubtsov V., Gurianov D., Han Z., Nikonov S., Batranin A., Khimich M. Influence of the Coarse Grain Structure of a Ti-tanium Alloy Ti – 4Al – 3V Formed by Wire-Feed Electron Beam Additive Manufacturing on Strain Inhomogeneities and Fracture. Mate-rials. 2023;16(11):3901.

7. https://doi.org/10.3390/ma16113901

8. Klimenov V.A., Kolubaev E.A., Han Z. Chu-maevskii A.V., Klopotov A.A., Ustinov A.M., Kovalevskaya Z.G., Moskvichev E. Pan M. In-fluence of anisotropy properties and structural inhomogeneity on elasticity and fracture of ti-tanium alloys produced by electron-beam melt-ing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2024;135:5575–5594.

9. Osipovich K., Kalashnikov K., Chumaevskii A., Gurianov D., Kalashnikova T., Vorontsov A., Zykova A., Utyaganova V., Panfilov A., Nikolaeva A., Dobrovolskii A., Rubtsov V., Kolubaev E. Wire-Feed Electron Beam Addi-tive Manufacturing: A Review. Metals. 2023;13(2):279. https://doi.org/10.3390/met13020279

10. Zhang T., Liu C.T. Design of titanium alloys by additive manufacturing: A critical review. Ad-vanced Powder Materials. 2021;1(1):1–11. https://doi.org/10.1016/j.apmate.2021.11.001

11. Chumaevskii A., Tarasov S., Gurianov D., Moskvichev E., Rubtsov V., Savchenko N., Panfilov A., Korsunsky A., Kolubaev E. Analy-sis of the Structure and Properties of As-Built and Heat-Treated Wire-Feed Electron Beam Additively Manufactured (WEBAM) Ti – 4Al – 3V Spherical Pressure Vessel. Metals. 2024;14(12):1379. https://doi.org/10.3390/met14121379

12. Tekdir H., Yetim A.F. Additive manufactur-ing of multiple layered materials (Ti6Al4V/316L) and improving their tribolog-ical properties with glow discharge surface modification. Vacuum. 2021;184:109893.

13. Vanmeensel K., Lietaert K., Vrancken B., Dadbakhsh S., Li X., Kruth J.P., Krakhmalev P., Yadroitsev I., Humbeeck J.V. 8-Additively manufactured metals for medical applications. Additive manufacturing Materials, Processes, Quantifications and Applications. 2018:261–309.

14. Lu Y., Turner R., Brooks J., Basoalto H. Mi-crostructural characteristics and computational inves-tigation on electron beam welded Ti – 6Al – 4V al-loy. Journal of Materials Processing Technolo-gy. 2021;288:116837.

15. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2020.116837

16. Popovich A.A., Sufiiarov V.S., Borisov E.V., Polozov I.A., Masaylo D.V. Grigoriev A.V. An-isotropy of mechanical properties of products manufactured using selective laser melting of powdered materials. Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2017;58:389–395.

17. Xie B., Gao K. Research progress of surface treatment technologies on titanium alloys: a mini review. Coatings. 2023;13(9):1486. https://doi.org/10.3390/coatings13091486

18. Wang M., Li H.Q., Guo H., Feng L., Liu Sh.-Y., Fang X.-Y. Evolution of microstructure and intervariant boundaries of α phase in electron beam melted and heat-treated Ti – 6Al – 4V al-loy. Rare Metals. 2021;40:2118–2126.

19. Slobodyan M., Pesterev E., Markov A. A re-view of high-energy processing techniques ap-plied for additive manufacturing and surface engineering of cemented carbides and cermets. Journal of Manufacturing Processes. 2023;105(2):124–186. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.09.030

20. Guehennec L.L., Soueidan A., Layrolle P., Amouriq Y. Surface treatments of titanium den-tal implants for rapid osseointegration. Dental Materials. 2007;23(7):844–854. https://doi.org/10.1016/j.dental.2006.06.025

21. Panin A., Kazachenok M., Perevalova O., Martynov S., Panina A., Sklyarova E. Continu-ous Electron Beam Post-Treatment of EBF3-Fabricated Ti – 6Al – 4V Parts. Metals. 2019;9(6):699. https://doi.org/10.3390/met9060699

22. Remnev G.E., Isakov I.F., Opekounov M.S., Matvienko V.M., Ryzhkov V.A., Struts V.K., Grushin I.I., Zakoutayev A.N., Potyomkin A.V., Tar-bokov V.A., Pushkaryov A.N., Kutuzov V.L, Ovsyannikov Yu.M. High intensity pulsed ion beam sources and their industrial applications. Surface and Coatings Technology. 1999;114(2-3): 206–212. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00058-4

23. Klimenov V., Kolubaev E., Chumaevskii A., Tarbokov V., Han Z. Prospective Surface Treatment Technologies for Ti Alloys Ob-tained by Additive Manufacturing. Abstracts at 9th International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE-2024). Tomsk, 2024:296.

24. Tarbokov V.A., Pavlov S.K., Remnev G.E., Nochovnaya N.A., Eshkulov U.É. Titanium Al-loy Surface Complex Modification. Metallur-gist. 2019; 62:1187–1193.

25. https://doi.org/10.1007/s11015-019-00772-4

26. Кривоносова Е.А., Акулова С.Н., Мышкина А.В. Исследование влияния различных видов термической обработки на физико-механические свойства титанового сплава. Химия. Экология. Урбанистика. 2021;1:354–358.