Kan overflatebehandling forbedre korrosjonsmotstanden til 3D-printede metalldeler?

一, Hoveddelen av overflatebehandlingsteknologi
Overflatetilstanden har en direkte effekt på hvor godt 3D-printede metallobjekter motstår korrosjon. Overflatens ruhet, små feil og sammensetningssegregering øker penetrasjonen av etsende stoffer som kloridioner og sure gasser. På den annen side gjør overflatebehandlingsmetoder materialer mer motstandsdyktige mot korrosjon ved å gjøre følgende:
Fjerning av feil: Bli kvitt overflatefeil, inkludert usmeltede pulverpartikler og overlappende spor av smeltet basseng, og gjør det vanskeligere for etsende medier å feste seg. Kjemisk polering kan for eksempel bli kvitt et 70 μm tykt klebrig lag ved selektivt å løse opp overflatefremspring. Dette reduserer sannsynligheten for gropkorrosjon betraktelig.
Optimalisering av mikrostruktur betyr å endre størrelsen på kornene og kvitte seg med komponentsegregering ved å bruke varmebehandling eller overflatemodifikasjonsmetoder. For eksempel kan varm isostatisk pressing (HIP) gjøre et materiales tetthet nesten 100 %, kvitte seg med indre porer og gjøre det vanskeligere for etsende medier å komme gjennom.
For å skjerme metallsubstratet fra det korrosive mediet, bygg en tykk oksidfilm, legeringslag eller belegg på overflaten. For eksempel kan anodisering skape et Al ₂ O3-belegg som er 5 til 20 μm tykt på overflaten av aluminiumslegeringer. Dette gjør dem mye mer motstandsdyktige mot saltspraykorrosjon.
2, Den vanligste overflatebehandlingsmetoden og hvordan den bidrar til å beskytte mot korrosjon
1. polering med kjemikalier og polering med elektrisitet
Kjemisk polering: bruk av kraftige oksiderende syreløsninger (som saltsyre og salpetersyre) for selektivt å løse opp ujevnheter på overflaten, slik at den blir jevn på under-mikronnivå. Etter kjemisk polering går overflateruheten til 3D-trykt titanlegering fra 6–12 μm til 0,2–1 μm. Den kritiske groptemperaturen (CPT) i en 3,5 % NaCl-løsning øker med 15 grader, noe som gjør den mye mer motstandsdyktig mot gropkorrosjon.
Elektrokjemisk polering: Bruk av elektrolytiske prosesser for å få nanoskala glatthet og lage en passiveringsfilm på samme tid. Elektrokjemisk polering reduserte for eksempel overflateruheten til 316L rustfritt stål fra 8 μm til 0,18 μm og korrosjonshastigheten i simulerte kroppsvæsker med 90 %, som er hva medisinske implantater trenger for langtidsbruk.
2. Skifte overflate og varme opp
Varmebehandling er prosessen med å bli kvitt indre spenninger og forbedre kornstrukturen. Annealing og quenching er to eksempler på dette. For eksempel, etter varmebehandling, synker oksidasjonshastigheten til turbinblader til flymotorer ved høye temperaturer med 50 grader, og levetiden deres øker med 20 %.
Nitrering eller karburering av overflaten: Å sette nitrogen eller karbonatomer inn i overflaten ved høye temperaturer for å lage et diffusjonslag som er veldig hardt og motstandsdyktig mot korrosjon. For eksempel, etter nitrering, går hardheten til formstålets overflate opp til 1000–1200HV, og den kan motstå saltspraykorrosjon i mer enn 1000 timer.
3. Teknologi for belegg
Fysisk dampavsetning (PVD): Påføring av sterke belegg som TiN og CrN for å gjøre ting mer motstandsdyktig mot slitasje og korrosjon. For eksempel, etter PVD-belegg, synker oksidasjonshastigheten til nikkel-baserte legeringer som ble 3D-printet med 80 % ved en høy temperatur på 650 grader.
Kjemisk plettering/galvanisering: Legge ned lag med Ni-P, Ni-B og andre legeringer for å fylle ut overflatefeil og lage en beskyttende film. Elektrofri nikkelfosforlegering kan for eksempel kutte korrosjonsstrømtettheten til rustfritt stål i sjøvann med 95 %. Dens motstand mot korrosjon er nesten like god som for titanlegering.
Anodisering er bra for å produsere tykke oksidlag på lette metaller som aluminiumslegeringer. For eksempel, etter streng anodisering, kan aluminiumslegeringsdeler av romfartøyer motstå saltspraykorrosjon i mer enn 5000 timer og ha en smeltetemperatur på 2320K. Dette oppfyller svært høye miljøkrav.
3, Eksempler på hvordan bransjen bruker data og saker
I romfartsfeltet bruker GE Aviations LEAP-motorturbinblader 3D-utskrift og kjemisk polering for å gjøre overflaten jevnere, fra 10 μm til 1 μm, og dermed gjøre motoren 8 % mer aerodynamisk. Samtidig fjerner HIP-behandling med indre porer, noe som forlenger tretthetstiden ved høye-temperaturer fra 5000 til 12000 sykluser.
Medisinske implantater: Etter elektrokjemisk polering har Johnson & Johnsons 3D--trykte titanlegerings-mellomkroppsfusjonsenhet en overflateruhet på 0,8 μm, en 90 % reduksjon i Staphylococcus aureus-adhesjon og en klinisk suksessrate på over 95 %.
Ocean Engineering: Korrosjonshastigheten til den 3D-trykte nikkel-aluminium-bronseventilen laget av CNOOC i saltvann gikk fra 0,5 mm/år til 0,05 mm/år etter laserkledning og kjemisk nikkelplettering. Ventilens levetid ble også økt med 10 ganger.