Вплив концентрації електроліту та частоти розряду на розподіл розмірів частинок порошку Ti-6Al-4V, отриманого методом ECDM
Анотація
Метою цього дослідження є вивчення розподілу мікрочастинок порошку сплаву Ti-6Al-4V, що використовуються в 3D-друку, за різних частот розряду та концентрацій електроліту NaCl. У цій роботі проаналізовано процес отримання монодисперсних порошків зі сплаву Ti-6Al-4V за допомогою методу ECDM. Результати показали, що оптимальна концентрація електроліту NaCl становить 30 г/л, що забезпечує стабільне формування плазмових каналів і вузький розподіл розмірів частинок. Регресійний аналіз і низькі значення стандартної похибки (0,00386–0,00834) підтверджують високу керованість процесу. Також досліджувався вплив частоти на розмір частинок: при частоті 3,2 кГц було зафіксовано мінімальний середній розмір частинок — 16,598 мкм, тоді як збільшення частоти до 32 кГц призвело до зростання розміру частинок до 28,063 мкм через теплове накопичення. Результати показують, що як на частотах 3,2 кГц, так і 32 кГц від 58,24% до 68,89% вироблених порошків потрапляють у діапазон 15–55 мкм, необхідний для технології PBF-LB/M. Ці результати демонструють придатність отриманих порошків для технологій адитивного виробництва.
Завантаження
Посилання
Kacsó, A. B., & Peter, I. “A Review of Past Research and Some Future Perspectives Regarding Titanium Alloys in Biomedical Applications,” Journal of Functional Biomaterials, 16(4), 144 (2025). https://doi.org/10.3390/jfb16040144
del Bosque, A., Fernández-Arias, P., & Vergara, D. “Titanium Additive Manufacturing with Powder Bed Fusion: A Bibliometric Perspective,” Applied Sciences, 14(22), 10543 (2024). https://doi.org/10.3390/app142210543
Radhika, C., Shanmugam, R., Ramoni, M., & Gnanavel, B. K. “A review on additive manufacturing for aerospace application,” Materials Research Express, 11(2), 022001 (2024). https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad21ad
Nyamekye, P., Golroudbary, S. R., Piili, H., Kraslawski, A., & Luukka, P. “Impact of additive manufacturing on titanium supply chain: Case of titanium alloys in automotive and aerospace industries,” Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 6(C), 100112 (2023). https://doi.org/10.1016/j.aime.2023.100112
Zhang, A., Li, Y., Xu, Q., Zhang, B., Qu, P., & Chen, W. “Application Status and Prospect of Titanium Alloys for Pressure-Resistant Structure of Deep-Sea Manned Equipment,” Ship & Boat, 35(06), 81 (2024). https://doi.org/10.19423/j.cnki.31-1561/u.2024.06.007
Iskandarov, S. C., Khudaykulov, I. K., Turdaliev, T. К., Berdiyev, U. F., Tulaganov, S. A., & Kakhramonov, B. R. “Effect of TiO₂ Layer Thickness on Electrode Degradation in Redox Flow Batteries,” East European Journal of Physics, (4), 601-606 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-4-63
Wang, L., Zhao, X., Wang, X., Shang, S., Xiu, Z., Xi, Y., et al., “Current Status Review of Corrosion Resistance Applications of Titanium Alloys in the Petroleum Industry,” Coatings, 14(8), 941 (2024). https://doi.org/10.3390/coatings14080941
Kumawat, S., Deshmukh, S.R., & Ghorpade, R.R. “Fabrication of Ti-6Al-4v cellular lattice structure using selective laser melting for orthopedic use: a review,” Materials Today: Proceedings, 113, 166-172 (2024). https://doi.org/10.1016/j.matpr.2023.08.053
Yim, S., Minowa, K., Yamanaka, K., & Chiba, A. “Influence of particle size distribution on the powder bed quality in the powder bed fusion additive manufacturing process,” Journal of Materials Research and Technology, (2025). https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.06.136
X.X. Yao, and Z. Zhang, “Laser-particle interaction-based heat source model of laser powder bed fusion additive manufacturing,” Opt. Laser Technol. 155, 108402 (2022). https:// doi. org/ 10. 1016/j. optla stec. 2022. 108402
Xue, M., Chen, X., Ji, X., Xie, X., Chao, Q., & Fan, G. “Effect of particle size distribution on the printing quality and tensile properties of Ti-6Al-4V alloy produced by LPBF process,” Metals, 13(3), 604 (2023). https://doi.org/10.3390/met13030604
Soltani-Tehrani, A., Yasin, M. S., Shao, S., Haghshenas, M., & Shamsaei, N. Effects of powder particle size on fatigue performance of laser powder-bed fused Ti-6Al-4V. Procedia Structural Integrity, 38, 84-93 (2022). https://doi.org/10.1016/j.prostr.2022.03.010
Çuvalcı, O., Varol, T., Akçay, S. B., Güler, O., & Çanakçı, A. “Effect of ball mill time and wet pre-milling on the fabrication of Ti powders by recycling Ti machining chips by planetary milling,” Powder Technology, 426, 118637 (2023). https://doi.org/10.1016/j.powtec.2023.118637
Mendez-Lozano, N., Apátiga-Castro, M., Soto, K. M., Manzano-Ramírez, A., Zamora-Antuñano, M., & Gonzalez-Gutierrez, C. “Effect of temperature on crystallite size of hydroxyapatite powders obtained by wet precipitation process,” Journal of Saudi Chemical Society, 26(4), 101513 (2022). https://doi.org/10.1016/j.jscs.2022.101513
Wu, J., Xia, M., Wang, J., Zhao, B., & Ge, C. “Effect of electrode induction melting gas atomization on powder quality: satellite formation mechanism and pressure,” Materials, 16(6), 2499 (2023). https://doi.org/10.3390/ma16062499
Sojoodi, M., Behvar, A., Bajaj, H., Mohajerani, S., Vanaei, S., Taheri Andani, N., et al., “Integration of Circular Economy into Metal Additive Manufacturing: A Review of Ultrasonic Plasma Atomization for Producing Virgin and Recycled NiTi Powder,” Shape Memory and Superelasticity, 1-41 (2025). https://doi.org/10.1007/s40830-025-00589-y
Muthuswamy, P. “Influence of powder characteristics on properties of parts manufactured by metal additive manufacturing,” Lasers in Manufacturing and Materials Processing, 9(3), 312-337 (2022). https://doi.org/10.1007/s40516-022-00177-3
Tammas-Williams, S., Withers, P. J., Todd, I., & Prangnell, P. B. “Porosity regrowth during heat treatment of hot isostatically pressed additively manufactured titanium components,” Scripta Materialia, 122, 72-76 (2016). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2016.05.002
Ludwig, I., & Kluge, M. “Investigation of an Increased Particle Size Distribution of Ti-6Al-4V Powders Used for Laser-Based Powder Bed Fusion of Metals,” Materials, 17(12), 2942 (2024). https://doi.org/10.3390/ma17122942
Lanzutti, A., & Marin, E. “The challenges and advances in recycling/re-using powder for metal 3D printing: A comprehensive review,” Metals, 14(8), 886 (2024). https://doi.org/10.3390/met14080886
Islam, S. F., Hawkins, S. M., Meyer, J. L., & Sharman, A. R. “Evaluation of different particle size distribution and morphology characterization techniques,” Additive Manufacturing Letters, 3, 100077 (2022). https://doi.org/10.1016/j.addlet.2022.100077
Zhang, S., Guo, K., Qing, Y., & Liu, C. “Research progress on the preparation technology of spherical alloy powders for laser additive manufacturing,” Materials, 18(14), 3385 (2025). https://doi.org/10.3390/ma18143385
Lewis, G. “Aspects of the powder in metal additive manufacturing: a review,” World Journal of Engineering and Technology, 10(2), 363-409 (2022). https://doi.org/10.4236/wjet.2022.102022
Dwivedi, A. P., & Choudhury, S. K. “A Brief Study of the Particulate Matter Emissions During the EDM Process,” in: Green Buildings and Sustainable Engineering, Springer, 2019. https://doi.org/10.1007/978-981-13-1202-1_39
Wang, J., Sánchez, J. A., Wang, Z., Izquierdo, B., & Ayesta, I. “Observations on debris composition and size distribution in WEDM,” Procedia CIRP, 95, 331-336 (2020). https://doi.org/10.1016/j.procir.2020.02.323
Oßwald, K., Woidasky, J., Hoffmann, A. M., & Moser, M. “Suitability of electrical discharge machining debris particles for usage as a powder for selective laser melting: an explorative study,” Progress in Additive Manufacturing, 4(4), 443-449 (2019). https://doi.org/10.1007/s40964-019-00080-y
Rahmati, A., Abdullah, A., & Esmailnia, K. “Metal nanopowder production by cryogenic mechanical collision and pulsed electric discharge methods,” (2021). arXiv preprint arXiv:2112.03055.
Singh, A. K., Mahajan, R., Tiwari, A., Kumar, D., & Ghadai, R. K. “Effect of dielectric on electrical discharge machining: a review,” in: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 377(1), 012184 (2018). https://doi.org/10.1088/1757-899X/377/1/012184
Murti, V. S. R., & Philip, P. K. “An analysis of the debris in ultrasonic-assisted electrical discharge machining,” Wear, 117(2), 241-250 (1987). https://doi.org/10.1016/0043-1648(87)90258-4
Khanra, A. K., Pathak, L. C., & Godkhindi, M. M. “Microanalysis of debris formed during electrical discharge machining (EDM),” Journal of Materials Science, 42(3), 872-877 (2007). https://doi.org/10.1007/s10853-006-0020-0
Painuly, M., Singh, R. P., & Trehan, R. “Electrochemical machining and allied processes: a comprehensive review,” Journal of Solid State Electrochemistry, 27(12), 3189-3256 (2023). https://doi.org/10.1007/s10008-023-05610-x
Zhang, S., Zhou, J., Hu, G., Wang, L., & Xu, Y. “Process characteristics of electrochemical discharge machining and hybrid methods: a review,” The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 129(5), 1933-1963 (2023). https://doi.org/10.1007/s00170-023-12452-4
Ben Mhahe, F., Zhang, Y., Chen, C., & Umoren, W. I. “Investigation of the influence of different types of electrolytes on the performance of the Electrochemical Discharge Machining process during micromachining of molybdenum,” International Journal of Electrochemical Science, 19(7), (2024). https://doi.org/10.1016/j.ijoes.2024.100647
Rao, P. S., Sharma, V., Kumar, H., & Sushma, S. P. “Electro-Chemical Machining of Titanium Alloys and Various Composites for Efficient Machining Process: A Critical Review,” Fabrication Techniques and Machining Methods of Advanced Composite Materials, 68-81 (2024).
Zhang, L., Kong, L., Lei, W., & Li, Q. “Review of electrochemical discharge machining technology for insulating hard and brittle materials,” Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 46(3), 143 (2024). https://doi.org/10.1007/s40430-024-04739-8
Singh, J., Kant, R., Nimesh, A., Katiyar, N., & Bhattacharya, S. “Evaluating electrochemical micromachining capabilities for industrial applications: A review,” Materials and Manufacturing Processes, 39(1), 1-42 (2024). https://doi.org/10.1080/10426914.2023.2219304
Upadhyay, R. K. “Challenges and control strategies for disrupting passive oxide layer formation in electrochemical machining,” Journal of Electrochemical Science and Engineering, 15(5), (2025). http://dx.doi.org/10.5599/jese.2796
Prakash, A., Kumar, A., & Ballav, R. “Process capability of electrochemical discharge machining: a review,” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 238(2), 282-300 (2024). https://doi.org/10.1177/14644207231218386
Авторське право (c) 2026 Б.А. Гоїпов, А.А. Заріпов, У.Ф. Бердієв, Ш.Ч. Іскандаров, Т.К. Турдалієв, С.А. Тулаганов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
