Kan ytbehandling förbättra korrosionsbeständigheten hos 3D-tryckta metalldelar?

一, Huvuddelen av ytbehandlingsteknik
Ytförhållandet har en direkt effekt på hur väl 3D-utskrivna metallobjekt motstår korrosion. Ytjämnhet, små skavanker och sammansättningssegregation påskyndar penetrationen av frätande ämnen som kloridjoner och sura gaser. Å andra sidan gör ytbehandlingsmetoder material mer motståndskraftiga mot korrosion genom att göra följande:
Borttagning av defekter: Bli av med ytfel, inklusive osmälta pulverpartiklar och överlappande spår av den smälta poolen, och gör det svårare för frätande media att fastna. Kemisk polering kan till exempel bli av med ett 70 μm tjockt klibbigt lager genom att selektivt lösa upp ytutsprång. Detta minskar avsevärt sannolikheten för gropkorrosion.
Att optimera mikrostrukturen innebär att ändra storleken på kornen och att bli av med komponentsegregering genom att använda värmebehandling eller ytmodifieringsmetoder. Till exempel kan het isostatisk pressning (HIP) göra ett materials densitet nästan 100 %, bli av med inre porer och göra det svårare för frätande media att ta sig igenom.
För att skydda metallsubstratet från det korrosiva mediet, bygg en tjock oxidfilm, legeringsskikt eller beläggning på ytan. Till exempel kan anodisering skapa en Al ₂ O3-beläggning som är 5 till 20 μm tjock på ytan av aluminiumlegeringar. Detta gör dem mycket mer motståndskraftiga mot saltstänkkorrosion.
2, Det vanligaste tillvägagångssättet för ytbehandling och hur det hjälper till att skydda mot korrosion
1. polering med kemikalier och polering med el
Kemisk polering: använder kraftfulla oxiderande syralösningar (såsom saltsyra och salpetersyra) för att selektivt lösa upp stötar på ytan, vilket gör den slät på under-mikronnivå. Efter kemisk polering går ytråheten hos 3D-tryckt titanlegering från 6–12 μm till 0,2–1 μm. Den kritiska punkttemperaturen (CPT) i en 3,5 % NaCl-lösning ökar med 15 grader, vilket gör den mycket mer motståndskraftig mot gropkorrosion.
Elektrokemisk polering: Använda elektrolytiska processer för att få nanoskala jämnhet och göra en passiveringsfilm på samma gång. Till exempel minskade elektrokemisk polering ytråheten hos 316L rostfritt stål från 8 μm till 0,18 μm och korrosionshastigheten i simulerade kroppsvätskor med 90 %, vilket är vad medicinska implantat behöver för långtidsanvändning.-
2. Byta yta och värma upp den
Värmebehandling är processen att bli av med inre spänningar och förbättra kornstrukturen. Glödgning och härdning är två exempel på detta. Till exempel, efter värmebehandling, sjunker oxidationshastigheten för flygmotorns turbinblad vid höga temperaturer med 50 grader och deras livslängd ökar med 20 %.
Nitrering eller uppkolning av ytan: Lägga in kväve eller kolatomer i ytan vid höga temperaturer för att skapa ett diffusionsskikt som är mycket hårt och motståndskraftigt mot korrosion. Till exempel, efter nitrering går hårdheten på formstålets yta upp till 1000–1200HV, och den kan motstå saltspraykorrosion i mer än 1000 timmar.
3. Teknik för beläggning
Physical Vapor Deposition (PVD): Att sätta på starka beläggningar som TiN och CrN för att göra saker mer motståndskraftiga mot slitage och korrosion. Till exempel, efter PVD-beläggning, sjunker oxidationshastigheten för nickel-baserade legeringar som var 3D-utskrivna med 80 % vid en hög temperatur på 650 grader.
Kemisk plätering/galvanisering: Lägga ner lager av Ni-P, Ni-B och andra legeringar för att fylla i ytfel och göra en skyddande film. Elektrofri nickelfosforlegering kan till exempel minska korrosionsströmtätheten hos rostfritt stål i havsvatten med 95 %. Dess motståndskraft mot korrosion är nästan lika bra som för titanlegering.
Anodisering är bra för att producera tjocka oxidlager på lättmetaller som aluminiumlegeringar. Till exempel, efter noggrann anodisering kan aluminiumlegeringsdelar av rymdfarkoster motstå saltspraykorrosion i mer än 5000 timmar och har en smälttemperatur på 2320K. Detta uppfyller mycket höga miljökrav.
3, Exempel på hur branschen använder data och fall
Inom flyg- och rymdområdet använder GE Aviations LEAP-motorturbinblad 3D-utskrift och kemisk polering för att göra ytan slätare, från 10 μm till 1 μm, vilket gör motorn 8 % mer aerodynamisk. Samtidigt tar HIP-behandlingen bort inre porer, vilket förlänger utmattningslivslängden vid hög-temperatur från 5000 till 12000 cykler.
Medicinska implantat: Efter elektrokemisk polering har Johnson & Johnsons 3D--tryckta mellankroppsfusionsenhet av titanlegering en ytråhet på 0,8 μm, en 90 % minskning av Staphylococcus aureus vidhäftning och en klinisk framgångsfrekvens på över 95 %.
Ocean Engineering: Korrosionshastigheten för den 3D-tryckta nickelaluminiumbronsventilen tillverkad av CNOOC i saltvatten gick från 0,5 mm/år till 0,05 mm/år efter laserbeklädnad och kemisk nickelplätering. Ventilens livslängd ökades också med 10 gånger.