Poate tratamentul suprafeței să îmbunătățească rezistența la coroziune a pieselor metalice imprimate 3D?

一, partea principală a tehnologiei de tratare a suprafețelor
Starea suprafeței are un efect direct asupra modului în care obiectele metalice imprimate 3D rezistă la coroziune. Rugozitatea suprafeței, micile defecte și segregarea compozițională accelerează pătrunderea substanțelor corozive precum ionii de clor și gazele acide. Pe de altă parte, metodele de tratare a suprafeței fac materialele mai rezistente la coroziune, făcând următoarele:
Îndepărtarea defectelor: scăpați de defectele de suprafață, inclusiv particulele de pulbere netopită și urmele suprapuse ale bazinului topit și faceți mai greu să se lipească mediile corozive. Lustruirea chimică, de exemplu, poate scăpa de un strat lipicios de 70 μm gros prin dizolvarea selectivă a proeminențelor de suprafață. Acest lucru scade foarte mult probabilitatea de coroziune prin pitting.
Optimizarea microstructurii înseamnă modificarea mărimii boabelor și eliminarea segregării componentelor prin utilizarea metodelor de tratament termic sau de modificare a suprafeței. De exemplu, presarea izostatică la cald (HIP) poate face ca densitatea unui material să fie de aproape 100%, să scape de porii interni și să îngreuneze trecerea mediilor corozive.
Pentru a proteja substratul metalic de mediul coroziv, construiți o peliculă groasă de oxid, un strat de aliaj sau o acoperire pe suprafață. De exemplu, anodizarea poate crea o acoperire de Al ₂ O3 cu o grosime de 5 până la 20 μm pe suprafața aliajelor de aluminiu. Acest lucru le face mult mai rezistente la coroziunea prin pulverizare de sare.
2, Cea mai comună abordare a tratamentului de suprafață și modul în care ajută la protejarea împotriva coroziunii
1. lustruire cu substanțe chimice și șlefuire cu electricitate
Lustruire chimică: folosind soluții puternice de acizi oxidanți (cum ar fi acidul clorhidric și acidul azotic) pentru a dizolva selectiv denivelările de pe suprafață, făcând-o netedă la nivel sub-micron. După lustruire chimică, rugozitatea suprafeței aliajului de titan imprimat 3D merge de la 6-12 μm la 0,2-1 μm. Temperatura critică de pitting (CPT) într-o soluție de NaCl 3,5% crește cu 15 grade, ceea ce o face mult mai rezistentă la coroziune prin pitting.
Lustruire electrochimică: Folosind procese electrolitice pentru a obține netezime la scară nanometrică și pentru a face o peliculă de pasivare în același timp. De exemplu, lustruirea electrochimică a redus rugozitatea suprafeței oțelului inoxidabil 316L de la 8 μm la 0,18 μm și rata de coroziune a fluidelor corporale simulate cu 90%, ceea ce este de ce au nevoie implanturile medicale pentru utilizare pe termen lung-.
2. Schimbarea suprafeței și încălzirea acesteia
Tratamentul termic este procesul de a scăpa de tensiunea internă și de a îmbunătăți structura cerealelor. Recoacerea și călirea sunt două exemple în acest sens. De exemplu, în urma tratamentului termic, rata de oxidare a palelor turbinei motoarelor de avion la temperaturi ridicate scade cu 50 de grade, iar durata lor de viață crește cu 20%.
Nitrurarea sau cementarea suprafeței: introducerea atomilor de azot sau de carbon în suprafață la temperaturi ridicate pentru a face un strat de difuzie foarte dur și rezistent la coroziune. De exemplu, după nitrurare, duritatea suprafeței oțelului de matriță crește până la 1000–1200 HV și poate rezista la coroziune prin pulverizare de sare mai mult de 1000 de ore.
3. Tehnologie pentru acoperire
Depunere fizică de vapori (PVD): aplicarea de acoperiri puternice precum TiN și CrN pentru a face lucrurile mai rezistente la uzură și coroziune. De exemplu, după acoperirea PVD, rata de oxidare a aliajelor pe bază de nichel-care au fost imprimate 3D scade cu 80% la o temperatură ridicată de 650 de grade .
Placare chimică/electroplacare: așezarea straturilor de Ni-P, Ni-B și alte aliaje pentru a umple defectele de suprafață și a face o peliculă de protecție. De exemplu, aliajul de nichel fosfor nu poate reduce cu 95% densitatea curentului de coroziune a oțelului inoxidabil din apa de mare. Rezistența sa la coroziune este aproape la fel de bună ca cea a aliajului de titan.
Anodizarea este bună pentru producerea de straturi groase de oxid pe metale ușoare precum aliajele de aluminiu. De exemplu, după o anodizare riguroasă, piesele din aliaj de aluminiu ale navelor spațiale pot rezista la coroziune prin pulverizare de sare mai mult de 5000 de ore și au o temperatură de topire de 2320K. Acest lucru îndeplinește standarde foarte înalte de mediu.
3, Exemple de modul în care industria utilizează datele și cazurile
În domeniul aerospațial, paletele de turbine ale motorului LEAP de la GE Aviation folosesc imprimarea 3D și lustruirea chimică pentru a face suprafața mai netedă, trecând de la 10 μm la 1 μm, făcând astfel motorul cu 8% mai aerodinamic. În același timp, tratamentul HIP scapă de porii interiori, ceea ce prelungește durata de viață la oboseală la temperatură înaltă de la 5000 la 12000 de cicluri.
Implanturi medicale: După lustruirea electrochimică, dispozitivul de fuziune intercorpară din aliaj de titan imprimat 3D-Johnson & Johnson are o rugozitate a suprafeței de 0,8 μm, o scădere cu 90% a aderenței Staphylococcus aureus și o rată de succes clinic de peste 95%.
Ocean Engineering: Rata de coroziune a supapei de bronz nichel aluminiu imprimată 3D realizată de CNOOC în apă sărată a trecut de la 0,5 mm/an la 0,05 mm/an după placarea cu laser și placarea cu nichel chimic. Durata de viață a supapei a fost, de asemenea, mărită de 10 ori.