Môže povrchová úprava zlepšiť odolnosť kovových 3D tlačených dielov proti korózii?

一, Hlavná časť technológie povrchovej úpravy
Stav povrchu má priamy vplyv na to, ako dobre kovové 3D tlačené predmety odolávajú korózii. Drsnosť povrchu, drobné kazy a segregácia zloženia urýchľujú prenikanie korozívnych látok, ako sú chloridové ióny a kyslé plyny. Na druhej strane, metódy povrchovej úpravy robia materiály odolnejšie voči korózii nasledujúcim spôsobom:
Odstraňovanie defektov: Zbavte sa povrchových chýb vrátane neroztopených častíc prášku a prekrývajúcich sa stôp po roztavenom bazéne a sťažte priľnutie korozívnych médií. Chemické leštenie môže napríklad odstrániť 70 μm hrubú lepkavú vrstvu selektívnym rozpustením povrchových výčnelkov. To výrazne znižuje pravdepodobnosť bodovej korózie.
Optimalizácia mikroštruktúry znamená zmenu veľkosti zŕn a zbavenie sa segregácie komponentov použitím metód tepelného spracovania alebo povrchovej úpravy. Napríklad izostatické lisovanie za horúca (HIP) môže dosiahnuť takmer 100% hustotu materiálu, zbaviť sa vnútorných pórov a sťažiť prienik korozívnych médií.
Na ochranu kovového substrátu pred korozívnym médiom vytvorte na povrchu silný oxidový film, vrstvu zliatiny alebo povlak. Napríklad eloxovanie môže na povrchu hliníkových zliatin vytvoriť povlak Al ₂ O3 s hrúbkou 5 až 20 μm. Vďaka tomu sú oveľa odolnejšie voči korózii soľným sprejom.
2, Najbežnejší prístup k povrchovej úprave a ako pomáha chrániť pred koróziou
1. leštenie chemikáliami a leštenie elektrinou
Chemické leštenie: použitie silných oxidačných roztokov kyselín (ako je kyselina chlorovodíková a kyselina dusičná) na selektívne rozpustenie hrbolčekov na povrchu, vďaka čomu je povrch hladký na sub-mikrónovej úrovni. Po chemickom leštení sa drsnosť povrchu 3D tlačenej titánovej zliatiny pohybuje od 6–12 μm do 0,2–1 μm. Kritická bodová teplota (CPT) v 3,5% roztoku NaCl stúpa o 15 stupňov, čo ho robí oveľa odolnejším voči bodovej korózii.
Elektrochemické leštenie: Použitie elektrolytických procesov na získanie hladkosti nanometrov a súčasne vytvorenie pasivačného filmu. Napríklad elektrochemické leštenie znížilo drsnosť povrchu nehrdzavejúcej ocele 316L z 8 μm na 0,18 μm a rýchlosť korózie v simulovaných telesných tekutinách o 90 %, čo je to, čo lekárske implantáty potrebujú na dlhodobé-používanie.
2. Výmena povrchu a jeho zahriatie
Tepelné spracovanie je proces zbavenia sa vnútorného napätia a zlepšenia štruktúry zrna. Žíhanie a kalenie sú dva príklady toho. Napríklad po tepelnom spracovaní sa rýchlosť oxidácie lopatiek turbín leteckých motorov pri vysokých teplotách zníži o 50 stupňov a ich životnosť sa zvýši o 20 %.
Nitridácia alebo nauhličovanie povrchu: Vloženie atómov dusíka alebo uhlíka na povrch pri vysokých teplotách, aby sa vytvorila difúzna vrstva, ktorá je veľmi tvrdá a odolná voči korózii. Napríklad po nitridácii sa tvrdosť povrchu formovacej ocele zvýši na 1 000 – 1 200 HV a môže odolávať korózii soľným sprejom viac ako 1 000 hodín.
3. Technológia povrchovej úpravy
Fyzikálne nanášanie pár (PVD): Nanášanie silných povlakov, ako je TiN a CrN, aby boli veci odolnejšie voči opotrebovaniu a korózii. Napríklad po potiahnutí PVD miera oxidácie zliatin na báze niklu-, ktoré boli vytlačené 3D, klesne o 80 % pri vysokej teplote 650 stupňov .
Chemické pokovovanie/galvanické pokovovanie: Odkladanie vrstiev Ni-P, Ni-B a iných zliatin, aby sa vyplnili povrchové chyby a vytvoril sa ochranný film. Bezprúdová zliatina niklu a fosforu môže napríklad znížiť hustotu korózneho prúdu nehrdzavejúcej ocele v morskej vode o 95 %. Jeho odolnosť voči korózii je takmer taká dobrá ako u zliatiny titánu.
Eloxovanie je dobré na výrobu hrubých oxidových vrstiev na ľahkých kovoch, ako sú hliníkové zliatiny. Napríklad po dôslednej anodizácii môžu časti kozmickej lode z hliníkovej zliatiny odolávať korózii soľným sprejom viac ako 5000 hodín a majú teplotu topenia 2320 K. To spĺňa veľmi vysoké environmentálne normy.
3, Príklady toho, ako priemysel využíva údaje a prípady
V oblasti letectva využívajú lopatky turbín motora LEAP od GE Aviation 3D tlač a chemické leštenie, aby bol povrch hladší, od 10 μm do 1 μm, vďaka čomu je motor o 8 % aerodynamickejší. Ošetrenie HIP zároveň zbavuje vnútorných pórov, čím sa predlžuje životnosť pri vysokej-teplotnej únave z 5 000 na 12 000 cyklov.
Lekárske implantáty: Po elektrochemickom leštení má medzitelové fúzne zariadenie z titánovej zliatiny vytlačené 3D{1}}od spoločnosti Johnson & Johnson drsnosť povrchu 0,8 μm, 90 % zníženie adhézie Staphylococcus aureus a klinickú úspešnosť viac ako 95 %.
Ocean Engineering: Rýchlosť korózie 3D tlačeného niklovo-hliníkového bronzového ventilu vyrobeného spoločnosťou CNOOC v slanej vode sa po laserovom pokrytí a chemickom poniklovaní zvýšila z 0,5 mm/rok na 0,05 mm/rok. Životnosť ventilu sa tiež zvýšila 10-krát.