Kas pinnatöötlus võib parandada metallist 3D-prinditud osade korrosioonikindlust?

一, Pinnatöötlustehnoloogia põhiosa
Pinna seisukorral on otsene mõju sellele, kui hästi metallist 3D-prinditud objektid korrosioonile vastu peavad. Pinna karedus, väikesed vead ja koostise eraldumine kiirendavad söövitavate ainete, nagu kloriidioonid ja happelised gaasid, läbitungimist. Teisest küljest muudavad pinnatöötlusmeetodid materjalid korrosioonikindlamaks, tehes järgmist:
Defektide eemaldamine: eemaldage pinnavead, sealhulgas sulamata pulbriosakesed ja sulanud basseini kattuvad jäljed, ning raskendage söövitava kandja kleepumist. Näiteks keemilise poleerimisega saab vabaneda 70 μm paksusest kleepuvast kihist, lahustades valikuliselt pinna eendeid. See vähendab oluliselt korrosiooni tekkimise tõenäosust.
Mikrostruktuuri optimeerimine tähendab terade suuruse muutmist ja komponentide segregatsioonist vabanemist kuumtöötluse või pinna modifitseerimise meetodite abil. Näiteks kuumisostaatpressimine (HIP) võib muuta materjali tiheduse peaaegu 100%, vabaneda sisemistest pooridest ja raskendada söövitava kandja läbipääsu.
Metallsubstraadi kaitsmiseks söövitava keskkonna eest ehitage pinnale paks oksiidkile, sulamikiht või kattekiht. Näiteks võib anodeerimine tekitada alumiiniumisulamite pinnale Al ₂ O3 katte, mille paksus on 5–20 μm. See muudab need soolapihustatud korrosioonile palju vastupidavamaks.
2, kõige levinum pinnatöötlusviis ja kuidas see aitab kaitsta korrosiooni eest
1. poleerimine kemikaalidega ja poleerimine elektriga
Keemiline poleerimine: tugevate oksüdeerivate happelahuste (nt vesinikkloriidhape ja lämmastikhape) kasutamine, et selektiivselt lahustada pinnal olevaid konarusi, muutes selle siledaks sub-mikroni tasemel. Pärast keemilist poleerimist on 3D-prinditud titaanisulami pinnakaredus 6–12 μm kuni 0,2–1 μm. Kriitiline punktkorrosiooni temperatuur (CPT) tõuseb 3,5% NaCl lahuses 15 kraadi võrra, mis muudab selle palju vastupidavamaks korrosioonile.
Elektrokeemiline poleerimine: elektrolüütiliste protsesside kasutamine nanomõõtmelise sileduse saamiseks ja passiveerimiskile tegemiseks samal ajal. Näiteks vähendas elektrokeemiline poleerimine 316-liitrise roostevaba terase pinnakaredust 8 μm-lt 0,18 μm-ni ja korrosioonikiirust simuleeritud kehavedelikes 90% võrra, mida vajavad meditsiinilised implantaadid pikaajaliseks{5}}kasutamiseks.
2. Pinna vahetamine ja soojendamine
Kuumtöötlemine on sisepingetest vabanemise ja tera struktuuri parandamise protsess. Lõõmutamine ja karastamine on selle kaks näidet. Näiteks pärast kuumtöötlemist langeb lennukimootori turbiinilabade oksüdatsioonimäär kõrgel temperatuuril 50 kraadi võrra ja nende kasutusiga pikeneb 20%.
Pinna nitreerimine või karburiseerimine: lämmastiku- või süsinikuaatomite viimine pinda kõrgel temperatuuril, et moodustada difusioonikiht, mis on väga kõva ja korrosioonikindel. Näiteks pärast nitridimist tõuseb hallitusterase pinna kõvadus 1000–1200 HV ja see talub soolapihustuskorrosiooni üle 1000 tunni.
3. Katmise tehnoloogia
Füüsiline aurustamine-sadestamine (PVD): tugevate kattekihtide (nt TiN ja CrN) kandmine, et muuta asjad kulumis- ja korrosioonikindlamaks. Näiteks pärast PVD-katmist langeb 3D-prinditud nikli-põhiste sulamite oksüdatsioonimäär kõrgel temperatuuril 650 kraadi 80%.
Keemiline katmine/galvaneerimine: Ni{0}}P, Ni-B ja muude sulamite kihtide paigaldamine pinnavigade täitmiseks ja kaitsekile moodustamiseks. Näiteks elektrooniline nikli-fosforisulam võib vähendada roostevaba terase korrosioonivoolu tihedust merevees 95%. Selle korrosioonikindlus on peaaegu sama hea kui titaanisulamil.
Anodeerimine on hea paksude oksiidikihtide tekitamiseks kergmetallidel, näiteks alumiiniumisulamitel. Näiteks võivad kosmoseaparaadi alumiiniumisulamist osad pärast ranget anodeerimist taluda soolapihustuskorrosiooni rohkem kui 5000 tundi ja nende sulamistemperatuur on 2320 K. See vastab väga kõrgetele keskkonnastandarditele.
3 Näiteid selle kohta, kuidas tööstus kasutab andmeid ja juhtumeid
Lennundusvaldkonnas kasutavad GE Aviationi LEAP mootori turbiinilabad pinna siledamaks muutmiseks 3D-printimist ja keemilist poleerimist, ulatudes 10 μm-lt 1 μm-ni, muutes mootori seega 8% aerodünaamilisemaks. Samal ajal eemaldab HIP-ravi sisepoorid, mis pikendab kõrgel temperatuuril{5}}väsimise kestust 5000 tsüklilt 12000 tsüklini.
Meditsiinilised implantaadid: pärast elektrokeemilist poleerimist on Johnson & Johnsoni 3D--prinditud titaanisulamist kehadevahelise liitseadme pinna karedus 0,8 μm, Staphylococcus aureuse adhesioon väheneb 90% ja kliiniline edukuse määr on üle 95%.
Ocean Engineering: CNOOC-i valmistatud 3D-prinditud niklist alumiiniumist pronksklapi korrosioonimäär soolases vees langes 0,5 mm-lt aastas 0,05 mm-ni aastas pärast laserkatet ja keemilist nikeldamist. Samuti pikendati klapi kasutusiga 10 korda.