Може ли повърхностната обработка да подобри устойчивостта на корозия на метални 3D отпечатани части?

一, Основната част от технологията за повърхностна обработка
Състоянието на повърхността има пряк ефект върху това колко добре металните 3D отпечатани обекти са устойчиви на корозия. Грапавостта на повърхността, малките дефекти и сегрегацията на състава ускоряват проникването на корозивни вещества като хлоридни йони и киселинни газове. От друга страна, методите за повърхностна обработка правят материалите по-устойчиви на корозия, като правят следното:
Отстраняване на дефекти: Отървете се от повърхностни дефекти, включително неразтопени частици прах и припокриващи се следи от разтопена вана, и затруднявайте полепването на корозивни среди. Химическото полиране, например, може да премахне 70 μm дебел лепкав слой чрез селективно разтваряне на повърхностни издатини. Това значително намалява вероятността от точкова корозия.
Оптимизирането на микроструктурата означава промяна на размера на зърната и премахване на сегрегацията на компонентите чрез използване на методи за топлинна обработка или повърхностна модификация. Например горещото изостатично пресоване (HIP) може да направи плътността на материала почти 100%, да се отърве от вътрешните пори и да направи по-трудно преминаването на корозивни среди.
За да защитите металния субстрат от корозивната среда, изградете дебел оксиден филм, слой от сплав или покритие върху повърхността. Например, анодизирането може да създаде покритие Al ₂ O3, което е с дебелина от 5 до 20 μm върху повърхността на алуминиеви сплави. Това ги прави много по-устойчиви на корозия от солена пръска.
2, Най-често срещаният подход за повърхностна обработка и как той помага за защита срещу корозия
1. полиране с химикали и полиране с електричество
Химическо полиране: използване на мощни окисляващи киселинни разтвори (като солна киселина и азотна киселина) за селективно разтваряне на неравностите по повърхността, което я прави гладка на ниво под-микрони. След химическо полиране грапавостта на повърхността на 3D отпечатаната титаниева сплав преминава от 6–12 μm до 0,2–1 μm. Критичната температура на питинг (CPT) в 3,5% разтвор на NaCl се повишава с 15 градуса, което го прави много по-устойчив на питинг корозия.
Електрохимично полиране: Използване на електролитни процеси за постигане на наномащабна гладкост и същевременно създаване на пасивиращ филм. Например електрохимичното полиране намали грапавостта на повърхността на неръждаема стомана 316L от 8 μm до 0,18 μm и степента на корозия в симулирани телесни течности с 90%, което е необходимо на медицинските импланти за дългосрочна-използване.
2. Смяна на повърхността и нагряването й
Топлинната обработка е процес на освобождаване от вътрешното напрежение и подобряване на структурата на зърното. Отгряването и закаляването са два примера за това. Например, след топлинна обработка степента на окисляване на турбинните лопатки на самолетни двигатели при високи температури пада с 50 градуса, а експлоатационният им живот се увеличава с 20%.
Азотиране или карбуризиране на повърхността: Поставяне на азотни или въглеродни атоми в повърхността при високи температури, за да се направи дифузионен слой, който е много твърд и устойчив на корозия. Например, след азотиране, твърдостта на повърхността на стоманената форма достига до 1000–1200HV и тя може да устои на корозия от солни пръски за повече от 1000 часа.
3. Технология за нанасяне на покритие
Физическо отлагане на пари (PVD): Поставяне на здрави покрития като TiN и CrN, за да направи нещата по-устойчиви на износване и корозия. Например, след PVD покритие, скоростта на окисление на сплави на базата на никел, които са били 3D отпечатани, спада с 80% при висока температура от 650 градуса.
Химическо покритие/галванопластика: Нанасяне на слоеве от Ni-P, Ni-B и други сплави за запълване на повърхностни дефекти и създаване на защитен филм. Безелектрическата никел-фосфорна сплав, например, може да намали плътността на корозионния ток на неръждаема стомана в морска вода с 95%. Неговата устойчивост на корозия е почти толкова добра, колкото тази на титановата сплав.
Анодирането е добро за създаване на дебели оксидни слоеве върху леки метали като алуминиеви сплави. Например, след строго анодиране, части от алуминиева сплав на космически кораби могат да издържат на корозия от солена пръска за повече от 5000 часа и имат температура на топене от 2320K. Това отговаря на много високи екологични стандарти.
3, Примери за това как индустрията използва данни и случаи
В аерокосмическата област турбинните лопатки на двигателя LEAP на GE Aviation използват 3D печат и химическо полиране, за да направят повърхността по-гладка, преминавайки от 10 μm до 1 μm, като по този начин прави двигателя с 8% по-аеродинамичен. В същото време обработката с HIP премахва вътрешните пори, което удължава живота на умора при висока-температура от 5000 на 12000 цикъла.
Медицински импланти: След електрохимично полиране 3D{1}}отпечатаното устройство за сливане на тялото от титаниева сплав на Johnson & Johnson има грапавост на повърхността от 0,8 μm, 90% намаление на адхезията на Staphylococcus aureus и степен на клиничен успех от над 95%.
Океанско инженерство: Степента на корозия на 3D отпечатания никел-алуминиев бронзов клапан, направен от CNOOC в солена вода, премина от 0,5 mm/година до 0,05 mm/година след лазерно облицоване и химическо никелиране. Срокът на експлоатация на вентила също е увеличен 10 пъти.