Технологічні особливості мікрофрезерного текстурування поверхонь сплаву NiTi
DOI:
https://doi.org/10.26642/ten-2025-2(96)-3-12Ключові слова:
технологія текстурування, мікрофрезерування, NiTi, сили різання, топографія поверхніАнотація
Сплави NiTi характеризуються ефектом пам’яті форми, псевдопружністю, корозійною стійкістю та біосумісністю, що зумовлює їх широке застосування в медицині, приладо-, машинобудуванні та багатьох інших галузях промисловості. Змінюючи топографію поверхні, можна впливати на функціональні властивості поверхонь виробів. Механічне текстурування, на відміну від інших методів модифікації поверхні, здатне забезпечити широку варіативність топології поверхневих текстур, меншу глибину індукованого поверхневого шару, надійність та геометричну точність поверхневих текстур без деградації їх функціональних властивостей у часі, а також екологічність та економічну ефективність. Це зумовлює необхідність розробки технологій мікромеханічної модифікації поверхонь виробів зі сплавів NiTi, які відрізняються дуже низькою оброблюваністю через інтенсивне утворення задирок, низьку стійкість мікрофрез, фазові перетворення в приповерхневому шарі обробленої поверхні. Робота присвячена експериментальному дослідженню мікрофрезерного текстурування поверхонь аустенітного сплаву Ni56,5Ti43,5 твердосплавними мікрофрезами з покриттям TiAlN діаметрами 0,2, 0,5 та 1 мм. У роботі перевіряється технологічна можливість мікрофрезерування нітинолів на оброблюваних центрах звичайної швидкості. Аналізуються сигнали сил різання та знос інструменту при мікрофрезеруванні текстур різної форми, а також їх топографія. Обговорюються явища, що супроводжують процес мікрорізання та викликають інтенсивне зношування інструменту та утворення задирок. Порівнюється технологічність виготовлення поверхневих мікротекстур різного типу: мікропази, мікростовпчики та мікроямки. Розробляються основні принципи технології мікрофрезерного текстурування поверхонь сплаву NiTi із застосуванням універсального обробного центру із підтримкою технології шліфування. Отримані результати поглиблюють розуміння процесів мікрофрезерування поверхонь сплавів NiTi.
Посилання
Kaya, E. and Kaya, I. (2019), «A review on machining of NiTi shape memory alloys: the process and post process perspective», The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 100, No. 7, pp. 2045–2087, doi: 10.1007/s00170-018-2868-4.
Altas, E., Altin Karatas, M. and Gokkaya, H. (2021), «Surface integrity of NiTi shape memory alloy in milling with cryogenic heat treated cutting tools under different cutting conditions», Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 30, No. 12, рр. 9426–9439, doi: 10.1007/s11665-021-06177-4.
Myronyuk, O., Baklan, D. and Rodin, A.M. (2023), «UV resistance of super-hydrophobic stainless steel surfaces textured by femtosecond laser pulses», Photonics, Vol. 10, No. 9, doi: 10.3390/photonics10091005.
Zhang, Q., Dong, J., Peng, M. et al. (2020), «Laser-induced wettability gradient surface on NiTi alloy for improved hemocompatibility and flow resistance», Materials Science and Engineering, Vol. 111, doi: 10.1016/j.msec.2020.110847.
Li, X.-M., Reinhoudt, D. and Crego-Calama, M. (2007), «What do we need for superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces», Chemical Society Reviews, Vol. 36, рр. 1350–1368, doi: 10.1039/B602486F.
Jeevahan, J., Chandrasekaran, M., Britto Joseph, G. and Durairaj, R.B. (2018), «Superhydrophobic surfaces: a review on fundamentals, applications, and challenges», Journal of Coatings Technology and Research, Vol. 15, No. 2, рр. 231–250, doi: 10.1007/s11998-017-0011-x.
Chakraborty, A., Mulroney, A.T. and Gupta, M.C. (2021), «Superhydrophobic surfaces by microtexturing: A critical review», Progress in Adhesion and Adhesives, Vol. 9, No. 1, рр. 35–64, doi: 10.1002/9781119846703.ch14.
Balytska, N.O. and Melnychuk, P.P. (2025), «Mikrofrezeruvannia, yak sposib teksturuvannia poverkhon splaviv NiTi dlia modyfikatsii zmochuvanosti», Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu, No. 347 (1), рр. 478–485, [Online], available at: https://heraldts.khmnu.edu.ua/index.php/heraldts/article/view/1287/1364
Balytska, N.O. and Tomashevskyi, O.O. (2025), «Porivnialnyi analiz syl i temperatur rizannia pry mikrofrezeruvanni splaviv NiTi v austenitnomu ta martensytnomu fazovykh stanakh na osnovi skinchenno-elementnoho modeliuvannia», Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu, Issue 351 (3.1), рр. 35–43 [Online], available at: https://heraldts.khmnu.edu.ua/index.php/heraldts/article/view/1656
Balytska, N.O., Tomashevskyi, O.O. and Shadura, V.A. (2025), «Evaluation of cutting forces and temperatures in micro-milling of NiTi alloys using finite element modeling», Journal of Engineering Sciences (Ukraine), Vol. 12, No. 1, рр. A20–A27, doi: 10.21272/jes.2025.12(1)-A20.
Tomashevskyi, O.O., Balytska, N.O. and Prylypko, O.I. (2024), «Skinchenno-elementne modeliuvannia protsesu mikrofrezeruvannia nitynolu», Tekhnichna inzheneriia, Issue 1 (93), рр. 81–88, doi: 10.36910/technical-engineering.2024.93.11.
Dutta, S., Sarma, D.K., Vora, J. et al. (2025), «A state-of-the-art review on micro-machining of Nitinol shape memory alloys and optimization of process variables considering the future trends of research», Journal of Manufacturing and Materials Processing, Vol. 9, No. 6, 183 p., doi: 10.3390/jmmp9060183.
Kuppuswamy, R. and Yui, A. (2015), «High-speed micromachining characteristics for the NiTi shape memory alloys», The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, doi: 10.1007/s00170-015-7598-9.
Piquard, R., D’Acunto, A., Laheurte, P. and Dudzinski, D. (2014), «Microend milling of NiTi biomedical alloys, burr formation and phase transformation», Precision Engineering, Vol. 38, No. 2, рр. 356–364, doi: 10.1016/j.precisioneng.2013.11.006.
Biermann, D., Kahleyss, F. and Surmann, T. (2009), «Micromilling of NiTi shape-memory alloys with ball nose cutters», Materials and Manufacturing Processes, Vol. 24, No. 12, рр. 1266–1273, doi: 10.1080/10426910903129935.
Gao, L., Wang, J., Huo, H. et al. (2024), «Residual height of surface topography in milling nickel-titanium shape memory alloy using a small-diameter cutter», Materials Letters, Vol. 361, doi: 10.1016/j.matlet.2024.136105.
Du, H., Wu, C., Li, D. et al. (2023), «Feasibility study on ultraprecision micro-milling of the additively manufactured NiTi alloy for generating microstructure arrays», Journal of Materials Research and Technology, Vol. 25, рр. 55–67, doi: 10.1016/j.jmrt.2023.05.214.
Yang, H., Sakai, K., Shizuka, H. et al. (2021), «Effect of cutting speed on shape recovery of work material in cutting process of super-elastic NiTi alloy», International Journal of Automation Technology, Vol. 15, No. 1, рр. 24–33, doi: 10.20965/ijat.2021.p0024.
Список використаної літератури:
Kaya E. A review on machining of NiTi shape memory alloys: the process and post process perspective // E.Kaya, I.Kaya // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2019. – Vol. 100, № 7. – P. 2045–2087. DOI: 10.1007/s00170-018-2868-4.
Altas E. Surface integrity of NiTi shape memory alloy in milling with cryogenic heat treated cutting tools under different cutting conditions // E.Altas, M.Altin Karatas, H.Gokkaya // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2021. – Vol. 30, № 12. – P. 9426–9439. DOI: 10.1007/s11665-021-06177-4.
Myronyuk O. UV resistance of super-hydrophobic stainless steel surfaces textured by femtosecond laser pulses // O.Myronyuk, D.Baklan, A.M. Rodin // Photonics. – 2023. – Vol. 10, № 9. DOI: 10.3390/photonics10091005.
Laser-induced wettability gradient surface on NiTi alloy for improved hemocompatibility and flow resistance // Q.Zhang, J.Dong, M.Peng and other // Materials Science and Engineering. – 2020. – Vol. 111. DOI: 10.1016/j.msec.2020.110847.
Li X.-M. What do we need for superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces // X.-M. Li, D.Reinhoudt, M.Crego-Calama // Chemical Society Reviews. – 2007. – Vol. 36. – P. 1350–1368. DOI: 10.1039/B602486F.
Superhydrophobic surfaces: a review on fundamentals, applications, and challenges // J.Jeevahan, M.Chandrasekaran, G.Britto Joseph, R.B. Durairaj // Journal of Coatings Technology and Research. – 2018. – Vol. 15, №. 2. – P. 231–250. DOI: 10.1007/s11998-017-0011-x.
Chakraborty A. Superhydrophobic surfaces by microtexturing: A critical review // A.Chakraborty, A.T. Mulroney, M.C. Gupta // Progress in Adhesion and Adhesives. – 2021. – Vol. 9, № 1. – P. 35–64. DOI: 10.1002/9781119846703.ch14.
Балицька Н.О. Мікрофрезерування, як спосіб текстурування поверхонь сплавів NiTi для модифікації змочуваності // Н.О. Балицька, П.П. Мельничук // Вісник Хмельницького національного університету. – 2025. – № 347 (1). – С. 478–485 [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://heraldts.khmnu.edu.ua/index.php/heraldts/article/view/1287/1364.
Балицька Н.О. Порівняльний аналіз сил і температур різання при мікрофрезеруванні сплавів NiTi в аустенітному та мартенситному фазових станах на основі скінченно-елементного моделювання // Н.О. Балицька, О.О. Томашевський // Вісник Хмельницького національного університету. – 2025. – Вип. 351 (3.1). – С. 35–43 [Електронний ресурс]. – Режим доступу :https://heraldts.khmnu.edu.ua/index.php/heraldts/article/view/1656.
Balytska N.O. Evaluation of cutting forces and temperatures in micro-milling of NiTi alloys using finite element modeling // N.O. Balytska, O.O. Tomashevskyi, V.A. Shadura // Journal of Engineering Sciences (Ukraine). – 2025. – Vol. 12, № 1. – P. A20–A27. DOI: 10.21272/jes.2025.12(1)-A20.
Томашевський О.О. Скінченно-елементне моделювання процесу мікрофрезерування нітинолу // О.О. Томашевський, Н.О. Балицька, О.І. Прилипко // Технічна інженерія. – 2024. – Вип. 1 (93). – С. 81–88. DOI: 10.36910/technical-engineering.2024.93.11.
A state-of-the-art review on micro-machining of Nitinol shape memory alloys and optimization of process variables considering the future trends of research // S.Dutta, D.K. Sarma, J.Vora and other // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2025. – Vol. 9, № 6. – 183 p. DOI: 10.3390/jmmp9060183.
Kuppuswamy R. High-speed micromachining characteristics for the NiTi shape memory alloys // R.Kuppuswamy, A.Yui // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2015. DOI: 10.1007/s00170-015-7598-9.
Microend milling of NiTi biomedical alloys, burr formation and phase transformation // R.Piquard, A.D’Acunto, P.Laheurte, D.Dudzinski // Precision Engineering. – 2014. – Vol. 38, № 2. – P. 356–364. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2013.11.006.
Biermann D. Micromilling of NiTi shape-memory alloys with ball nose cutters // D.Biermann, F.Kahleyss, T.Surmann // Materials and Manufacturing Processes. – 2009. – Vol. 24, № 12. – P. 1266–1273. DOI: 10.1080/10426910903129935.
Residual height of surface topography in milling nickel-titanium shape memory alloy using a small-diameter cutter // L.Gao, J.Wang, H.Huo and other // Materials Letters. – 2024. – Vol. 361. DOI: 10.1016/j.matlet.2024.136105.
Feasibility study on ultraprecision micro-milling of the additively manufactured NiTi alloy for generating microstructure arrays // H.Du, C.Wu, D.Li and other // Journal of Materials Research and Technology. – 2023. – Vol. 25. – P. 55–67. DOI: 10.1016/j.jmrt.2023.05.214.
Effect of cutting speed on shape recovery of work material in cutting process of super-elastic NiTi alloy // H.Yang, K.Sakai, H.Shizuka and other // International Journal of Automation Technology. – 2021. – Vol. 15, №. 1. – P. 24–33. DOI: 10.20965/ijat.2021.p0024.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Наталія Олександрівна Балицька
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Автор, який подає матеріали до друку, зберігає за собою всі авторські права та надає відповідному виданню право першої публікації, дозволяючи розповсюджувати даний матеріал із зазначенням авторства та джерела первинної публікації, а також погоджується на розміщення її електронної версії на сайті Національної бібліотеки ім. В.І. Вернадського.
