Abstract In this study, the role of tantalum (Ta) on the phase transformation, microstructure evolution, mechanical properties and corrosion resistance of titanium-tantalum (Ti–Ta) alloys in-situ fabricated via selective laser melting (SLM) was investigated. Ti–Ta mixed powders with different Ta ratios ranging from 0 to 25 wt % were prepared by ball milling for the SLM process. With the increase of Ta content, the SLM-processed Ti–Ta alloys exhibits the microstructure evolution from the lath α grain to acicular α' + primary cellular β grains, accompanying with the gradual suppression of martensite transformation. The β-stabilized effect of Ta promotes the formation of β (Ti, Ta) solid solution phase in the alloys. The rise of Ta addition in SLM-processed Ti–Ta alloys contributes to the improvement on the tensile strength from 641 to 1186 MPa and the microhardness from 257 to 353 HV, which results from a combined effect of grain refinement strengthening and the solid solution strengthening. The Young's modulus decreases from 115 to 89 GPa due to the increasing amount of β phase. Additionally, the corrosion resistance of the Ti–Ta alloys is enhanced with few pits on the surfaces due to the increasing amount of Ta2O5 identified through X-ray photoelectron spectroscopy. These findings provide the knowledge and boost the further understanding on the SLM-processed Ti–Ta alloys as promising candidates for biomedical application.

中文翻译：

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激光选区熔化原位制备钛钽合金力学性能和耐腐蚀性能的改善

摘要 在本研究中，研究了钽 (Ta) 对通过选择性激光熔化 (SLM) 原位制造的钛钽 (Ti-Ta) 合金的相变、微观结构演变、机械性能和耐腐蚀性能的作用。通过球磨制备用于 SLM 工艺的不同 Ta 比例范围为 0 至 25 wt% 的 Ti-Ta 混合粉末。随着Ta含量的增加，SLM加工的Ti-Ta合金呈现出从板条α晶粒到针状α'+初生细胞β晶粒的微观组织演变，伴随着马氏体转变的逐渐抑制。Ta的β稳定作用促进了合金中β（Ti，Ta）固溶体相的形成。SLM 处理的 Ti-Ta 合金中 Ta 添加量的增加有助于将抗拉强度从 641 MPa 提高到 1186 MPa，显微硬度从 257 HV 提高到 353 HV，这是晶粒细化强化和固溶强化的共同作用. 由于 β 相量的增加，杨氏模量从 115 GPa 降低到 89 GPa。此外，由于通过 X 射线光电子能谱识别出的 Ta2O5 量增加，Ti-Ta 合金的耐腐蚀性得到增强，表面上的凹坑很少。这些发现提供了知识并促进了对 SLM 处理的 Ti-Ta 合金作为生物医学应用的有希望的候选者的进一步理解。这是晶粒细化强化和固溶强化共同作用的结果。由于 β 相量的增加，杨氏模量从 115 GPa 降低到 89 GPa。此外，由于通过 X 射线光电子能谱识别出的 Ta2O5 量增加，Ti-Ta 合金的耐腐蚀性得到增强，表面上的凹坑很少。这些发现提供了知识并促进了对 SLM 处理的 Ti-Ta 合金作为生物医学应用的有希望的候选者的进一步理解。这是晶粒细化强化和固溶强化共同作用的结果。由于 β 相量的增加，杨氏模量从 115 GPa 降低到 89 GPa。此外，由于通过 X 射线光电子能谱识别出的 Ta2O5 量增加，Ti-Ta 合金的耐腐蚀性得到增强，表面上的凹坑很少。这些发现提供了知识并促进了对 SLM 处理的 Ti-Ta 合金作为生物医学应用的有希望的候选者的进一步理解。