Kan overfladebehandling forbedre korrosionsbestandigheden af ​​metal 3D-printede dele?

一, Hoveddelen af ​​overfladebehandlingsteknologi
Overfladetilstanden har en direkte effekt på, hvor godt 3D-printede metalobjekter modstår korrosion. Overfladeruhed, bittesmå fejl og sammensætningsadskillelse fremskynder indtrængning af ætsende stoffer som chloridioner og sure gasser. På den anden side gør overfladebehandlingsmetoder materialer mere modstandsdygtige over for korrosion ved at gøre følgende:
Fjernelse af defekter: Slip af med overfladefejl, herunder usmeltede pulverpartikler og overlappende spor af den smeltede pool, og gør det sværere for ætsende medier at sætte sig fast. Kemisk polering kan for eksempel slippe af med et 70 μm tykt klæbrigt lag ved selektivt at opløse overfladefremspring. Dette mindsker i høj grad sandsynligheden for grubetæring.
Optimering af mikrostruktur betyder at ændre størrelsen af ​​kornene og slippe af med komponentsegregering ved at bruge varmebehandling eller overflademodifikationsmetoder. For eksempel kan varm isostatisk presning (HIP) gøre et materiales densitet næsten 100 %, slippe af med interne porer og gøre det sværere for ætsende medier at trænge igennem.
For at beskytte metalsubstratet fra det korrosive medium skal du bygge en tyk oxidfilm, legeringslag eller belægning på overfladen. For eksempel kan anodisering skabe en Al ₂ O3-belægning, der er 5 til 20 μm tyk på overfladen af ​​aluminiumslegeringer. Dette gør dem meget mere modstandsdygtige over for salttågekorrosion.
2, Den mest almindelige overfladebehandlingsmetode og hvordan den hjælper med at beskytte mod korrosion
1. polering med kemikalier og polering med elektricitet
Kemisk polering: Anvendelse af kraftige oxiderende syreopløsninger (såsom saltsyre og salpetersyre) til selektivt at opløse ujævnheder på overfladen, hvilket gør den glat på under-mikronniveau. Efter kemisk polering går overfladeruheden af ​​3D-printet titanlegering fra 6-12 μm til 0,2-1 μm. Den kritiske pittemperatur (CPT) i en 3,5% NaCl-opløsning stiger med 15 grader, hvilket gør den meget mere modstandsdygtig over for grubetæring.
Elektrokemisk polering: Brug af elektrolytiske processer for at opnå glathed i nanoskala og lave en passiveringsfilm på samme tid. For eksempel reducerede elektrokemisk polering overfladeruheden af ​​316L rustfrit stål fra 8 μm til 0,18 μm og korrosionshastigheden i simulerede kropsvæsker med 90 %, hvilket er, hvad medicinske implantater har brug for til langvarig- brug.
2. Skift overflade og opvarmning
Varmebehandling er processen med at slippe af med indre spændinger og forbedre kornstrukturen. Udglødning og bratkøling er to eksempler på dette. For eksempel efter varmebehandling falder oxidationshastigheden af ​​turbineblade til flymotorer ved høje temperaturer med 50 grader, og deres levetid stiger med 20%.
Nitrering eller karburering af overfladen: Indføring af nitrogen eller kulstofatomer i overfladen ved høje temperaturer for at lave et diffusionslag, der er meget hårdt og modstandsdygtigt over for korrosion. For eksempel, efter nitrering, går hårdheden af ​​formståls overflade op til 1000–1200HV, og den kan modstå salttågekorrosion i mere end 1000 timer.
3. Teknologi til belægning
Fysisk dampaflejring (PVD): Påføring af stærke belægninger som TiN og CrN for at gøre tingene mere modstandsdygtige over for slid og korrosion. For eksempel falder oxidationshastigheden af ​​nikkel-baserede legeringer, der var 3D-printede, med 80 % ved en høj temperatur på 650 grader efter PVD-belægning.
Kemisk plettering/galvanisering: Nedsættelse af lag af Ni-P, Ni-B og andre legeringer for at udfylde overfladefejl og lave en beskyttende film. Elektrofri nikkelfosforlegering kan for eksempel reducere korrosionsstrømtætheden af ​​rustfrit stål i havvand med 95 %. Dens modstandsdygtighed over for korrosion er næsten lige så god som titanlegering.
Anodisering er god til at producere tykke oxidlag på letmetaller som aluminiumslegeringer. For eksempel, efter streng anodisering, kan aluminiumlegeringsdele af rumfartøjer modstå salttågekorrosion i mere end 5000 timer og have en smeltetemperatur på 2320K. Dette opfylder meget høje miljøstandarder.
3, Eksempler på hvordan branchen anvender data og cases
På luft- og rumfartsområdet bruger GE Aviations LEAP-motorturbineblade 3D-print og kemisk polering for at gøre overfladen glattere, idet den går fra 10 μm til 1 μm, hvilket gør motoren 8 % mere aerodynamisk. Samtidig fjerner HIP-behandling med indvendige porer, hvilket forlænger den høje-temperaturtræthedslevetid fra 5000 til 12000 cyklusser.
Medicinske implantater: Efter elektrokemisk polering har Johnson & Johnsons 3D---printede titanlegerings-interbody-fusionsenhed en overfladeruhed på 0,8 μm, et fald på 90 % i Staphylococcus aureus-adhæsion og en klinisk succesrate på over 95 %.
Ocean Engineering: Korrosionshastigheden af ​​den 3D-printede nikkel-aluminium-bronzeventil fremstillet af CNOOC i saltvand gik fra 0,5 mm/år til 0,05 mm/år efter laserbeklædning og kemisk nikkelplettering. Ventilens levetid blev også øget med 10 gange.