Može li površinska obrada poboljšati otpornost na koroziju metalnih 3D štampanih dijelova?

一, Glavni dio tehnologije površinske obrade
Stanje površine direktno utiče na to koliko su metalni 3D štampani objekti otporni na koroziju. Površinska hrapavost, sitni nedostaci i segregacija sastava ubrzavaju prodiranje korozivnih supstanci poput hloridnih jona i kiselih plinova. S druge strane, metode površinske obrade čine materijale otpornijim na koroziju na sljedeći način:
Uklanjanje defekata: Riješite se površinskih nedostataka uključujući neotopljene čestice praha i preklapajućih tragova rastopljenog bazena i otežajte lijepljenje korozivnih medija. Hemijsko poliranje, na primjer, može se riješiti ljepljivog sloja debljine 70 μm selektivnim otapanjem površinskih izbočina. Ovo uvelike smanjuje vjerovatnoću korozije u obliku jamičaka.
Optimizacija mikrostrukture znači promjenu veličine zrna i uklanjanje segregacije komponenti korištenjem metoda toplinske obrade ili modifikacije površine. Na primjer, vruće izostatičko presovanje (HIP) može učiniti gustinu materijala gotovo 100%, riješiti se unutrašnjih pora i otežati prodor korozivnih medija.
Da biste zaštitili metalnu podlogu od korozivnog medija, napravite debeli oksidni film, sloj legure ili premaz na površini. Na primjer, eloksiranjem se može stvoriti Al ₂ O3 premaz debljine 5 do 20 μm na površini aluminijskih legura. To ih čini mnogo otpornijim na koroziju od slanog spreja.
2, Najčešći pristup površinskoj obradi i kako pomaže u zaštiti od korozije
1. poliranje hemikalijama i poliranje električnom energijom
Hemijsko poliranje: korištenje moćnih otopina oksidirajućih kiselina (kao što su hlorovodonična i azotna kiselina) za selektivno otapanje neravnina na površini, čineći je glatkom na nivou ispod-mikrona. Nakon hemijskog poliranja, hrapavost površine 3D štampane legure titana kreće se od 6–12 μm do 0,2–1 μm. Kritična temperatura pitinga (CPT) u 3,5% rastvoru NaCl se povećava za 15 stepeni, što ga čini mnogo otpornijim na piting koroziju.
Elektrohemijsko poliranje: Korištenje elektrolitičkih procesa za postizanje glatkoće nanorazmjere i stvaranje pasivizirajućeg filma u isto vrijeme. Na primjer, elektrohemijsko poliranje smanjilo je hrapavost površine nerđajućeg čelika 316L sa 8 μm na 0,18 μm i stopu korozije u simuliranim tjelesnim tekućinama za 90%, što je ono što je medicinskim implantatima potrebno za dugotrajnu-upotrebu.
2. Promjena površine i zagrijavanje
Termička obrada je proces oslobađanja od unutrašnje napetosti i poboljšanja strukture zrna. Žarenje i gašenje su dva primjera ovoga. Na primjer, nakon termičke obrade, brzina oksidacije lopatica turbine avionskih motora na visokim temperaturama opada za 50 stepeni, a njihov vijek trajanja se produžava za 20%.
Nitriranje ili karburiziranje površine: Stavljanje atoma dušika ili ugljika u površinu na visokim temperaturama kako bi se napravio difuzijski sloj koji je vrlo tvrd i otporan na koroziju. Na primjer, nakon nitriranja, tvrdoća površine čelika kalupa se penje na 1000–1200HV i može izdržati koroziju raspršivanjem soli više od 1000 sati.
3. Tehnologija premazivanja
Fizičko taloženje pare (PVD): Nanošenje jakih premaza kao što su TiN i CrN kako bi stvari bile otpornije na habanje i koroziju. Na primjer, nakon PVD premaza, stopa oksidacije legura na bazi nikla-koje su 3D štampane opada za 80% na visokoj temperaturi od 650 stepeni.
Hemijska obrada/galvanizacija: Nanošenje slojeva Ni-P, Ni-B i drugih legura kako bi se popunili površinski nedostaci i napravio zaštitni film. Bezelektrična legura fosfora nikla, na primjer, može smanjiti gustinu struje korozije nehrđajućeg čelika u morskoj vodi za 95%. Njegova otpornost na koroziju je skoro jednaka otpornosti legure titana.
Anodizacija je dobra za proizvodnju debelih slojeva oksida na lakim metalima kao što su legure aluminijuma. Na primjer, nakon rigorozne anodizacije, dijelovi svemirske letjelice od legure aluminija mogu izdržati koroziju u slanom spreju više od 5000 sati i imati temperaturu topljenja od 2320K. Ovo ispunjava vrlo visoke ekološke standarde.
3, Primjeri kako industrija koristi podatke i slučajeve
U oblasti vazduhoplovstva, lopatice turbine LEAP motora kompanije GE Aviation koriste 3D štampanje i hemijsko poliranje kako bi površinu učinile glađom, od 10 μm do 1 μm, čineći motor 8% aerodinamičnijim. U isto vrijeme, HIP tretman uklanja unutrašnje pore, što produžava vijek trajanja zamora-pri visokim temperaturama sa 5000 na 12000 ciklusa.
Medicinski implantati: Nakon elektrohemijskog poliranja, Johnson & Johnson-ov 3D-štampani uređaj za međutjelesnu fuziju titanijumske legure ima hrapavost površine od 0,8 μm, 90% smanjenje adhezije Staphylococcus aureus i stopu kliničkog uspjeha od preko 95%.
Okeansko inženjerstvo: Stopa korozije 3D štampanog ventila od nikl-aluminijum-bronze napravljenog od strane CNOOC-a u slanoj vodi porasla je sa 0,5 mm godišnje na 0,05 mm godišnje nakon laserskog oblaganja i hemijskog niklovanja. Radni vijek ventila je također povećan za 10 puta.