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

一, Glavni dio tehnologije površinske obrade
Stanje površine ima izravan učinak na to koliko su metalni 3D ispisani predmeti otporni na koroziju. Površinska hrapavost, sitne greške i segregacija sastava ubrzavaju prodor korozivnih tvari poput kloridnih iona i kiselih plinova. S druge strane, metode površinske obrade čine materijale otpornijima na koroziju čineći sljedeće:
Uklanjanje nedostataka: Riješite se površinskih nedostataka uključujući neotopljene čestice praha i preklapajuće tragove rastaljenog bazena i otežajte lijepljenje korozivnog medija. Kemijsko poliranje, na primjer, može se riješiti 70 μm debelog ljepljivog sloja selektivnim otapanjem površinskih izbočina. To uvelike smanjuje vjerojatnost rupičaste korozije.
Optimiziranje mikrostrukture znači promjenu veličine zrna i uklanjanje segregacije komponenti korištenjem metoda toplinske obrade ili modifikacije površine. Na primjer, vruće izostatičko prešanje (HIP) može povećati gustoću materijala na gotovo 100%, riješiti se unutarnjih pora i otežati prolazak korozivnih medija.
Kako biste metalnu podlogu zaštitili od korozivnog medija, napravite debeli oksidni film, sloj legure ili premaz na površini. Na primjer, eloksiranje može stvoriti sloj Al ₂ O3 koji je debljine 5 do 20 μm na površini aluminijskih legura. To ih čini mnogo otpornijima na koroziju od slanog spreja.
2, Najčešći pristup obradi površine i kako pomaže u zaštiti od korozije
1. poliranje kemikalijama i poliranje strujom
Kemijsko poliranje: upotreba snažnih otopina oksidirajućih kiselina (kao što su klorovodična kiselina i dušična kiselina) za selektivno otapanje neravnina na površini, čineći je glatkom na razini ispod-mikrona. Nakon kemijskog poliranja, hrapavost površine 3D tiskane legure titana ide od 6–12 μm do 0,2–1 μm. Kritična rupičasta temperatura (CPT) u 3,5% otopini NaCl raste za 15 stupnjeva, što je čini mnogo otpornijom na rupičastu koroziju.
Elektrokemijsko poliranje: Korištenje elektrolitičkih procesa za dobivanje glatkoće u nanosmjeru i stvaranje pasivizirajućeg filma u isto vrijeme. Na primjer, elektrokemijsko poliranje smanjilo je hrapavost površine nehrđajućeg čelika 316L s 8 μm na 0,18 μm i stopu korozije u simuliranim tjelesnim tekućinama za 90%, što je potrebno medicinskim implantatima za dugoročnu-upotrebu.
2. Promjena površine i zagrijavanje
Toplinska obrada je proces oslobađanja od unutarnje napetosti i poboljšavanja strukture zrna. Žarenje i kaljenje dva su primjera za to. Na primjer, nakon toplinske obrade, stopa oksidacije lopatica turbina zrakoplovnih motora na visokim temperaturama pada za 50 stupnjeva, a njihov vijek trajanja raste za 20%.
Nitriranje ili karburiziranje površine: Stavljanje atoma dušika ili ugljika na površinu na visokim temperaturama kako bi se napravio difuzijski sloj koji je vrlo tvrd i otporan na koroziju. Na primjer, nakon nitriranja, tvrdoća površine kalupnog čelika ide do 1000–1200HV, i može odoljeti koroziji od slanog spreja više od 1000 sati.
3. Tehnologija premazivanja
Fizičko taloženje parom (PVD): Stavljanje 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 ispisane pada za 80% na visokoj temperaturi od 650 stupnjeva.
Kemijska obrada/galvanizacija: nanošenje slojeva Ni-P, Ni-B i drugih legura za popunjavanje površinskih nedostataka i izradu zaštitnog filma. Neelektrična legura nikla i fosfora, na primjer, može smanjiti gustoću struje korozije nehrđajućeg čelika u morskoj vodi za 95%. Njegova otpornost na koroziju gotovo je jednako dobra kao kod titanijske legure.
Anodiziranje je dobro za stvaranje debelih slojeva oksida na lakim metalima poput aluminijskih legura. Na primjer, nakon rigorozne anodizacije, dijelovi svemirskih letjelica od aluminijskih legura mogu izdržati koroziju od slanog spreja više od 5000 sati i imati temperaturu taljenja od 2320 K. Ovo zadovoljava vrlo visoke ekološke standarde.
3, Primjeri kako industrija koristi podatke i slučajeve
U području zrakoplovstva, turbinske lopatice LEAP motora GE Aviation koriste 3D ispis i kemijsko poliranje kako bi površina bila glatkija, prelazeći s 10 μm na 1 μm, čime je motor 8% aerodinamičniji. U isto vrijeme, HIP tretman uklanja unutarnje pore, što produljuje vijek-zamora od visoke temperature s 5000 na 12000 ciklusa.
Medicinski implantati: Nakon elektrokemijskog poliranja, Johnson & Johnsonov 3D-ispisani intertjelesni uređaj od legure titana ima hrapavost površine od 0,8 μm, 90% smanjenje adhezije Staphylococcus aureus i stopu kliničkog uspjeha od preko 95%.
Oceansko inženjerstvo: Stopa korozije 3D tiskanog nikal aluminij brončanog ventila koji je izradio CNOOC u slanoj vodi išla je s 0,5 mm/godina na 0,05 mm/godina nakon laserskog oblaganja i kemijskog poniklavanja. Vijek trajanja ventila također je povećan za 10 puta.