Ali lahko površinska obdelava izboljša odpornost kovinskih 3D-natisnjenih delov proti koroziji?

一, Glavni del tehnologije površinske obdelave
Stanje površine neposredno vpliva na to, kako dobro so kovinski 3D-natisnjeni predmeti odporni proti koroziji. Površinska hrapavost, drobne napake in segregacija sestave pospešijo prodiranje korozivnih snovi, kot so kloridni ioni in kisli plini. Po drugi strani pa metode površinske obdelave naredijo materiale bolj odporne proti koroziji z naslednjim:
Odstranjevanje napak: Znebite se površinskih napak, vključno z nestaljenimi delci prahu in prekrivajočimi se sledmi staljene mase, ter otežite prijemanje jedkih medijev. S kemičnim poliranjem se lahko na primer znebite 70 μm debele lepljive plasti s selektivnim raztapljanjem površinskih izboklin. To močno zmanjša verjetnost luknjičaste korozije.
Optimizacija mikrostrukture pomeni spreminjanje velikosti zrn in odpravo segregacije komponent z uporabo metod toplotne obdelave ali modifikacije površine. Na primer, vroče izostatično stiskanje (HIP) lahko poveča gostoto materiala za skoraj 100 %, znebi se notranjih por in oteži prehod korozivnih medijev.
Za zaščito kovinske podlage pred korozivnim medijem nanesite na površino debel oksidni film, plast zlitine ali premaz. Na primer, eloksiranje lahko ustvari prevleko Al ₂ O3, ki je debela od 5 do 20 μm na površini aluminijevih zlitin. Zaradi tega so veliko bolj odporni na korozijo s solnim pršenjem.
2, Najpogostejši pristop površinske obdelave in kako pomaga pri zaščiti pred korozijo
1. poliranje s kemikalijami in poliranje z elektriko
Kemično poliranje: uporaba močnih oksidacijskih kislinskih raztopin (kot sta klorovodikova kislina in dušikova kislina) za selektivno raztapljanje izboklin na površini, zaradi česar je gladka na pod-mikronski ravni. Po kemičnem poliranju se površinska hrapavost 3D-natisnjene titanove zlitine poveča s 6–12 μm na 0,2–1 μm. Kritična jamičasta temperatura (CPT) v 3,5 % raztopini NaCl se dvigne za 15 stopinj, zaradi česar je veliko bolj odporna na jamičasto korozijo.
Elektrokemično poliranje: uporaba elektrolitskih postopkov za doseganje gladkosti v nanometru in istočasno izdelavo pasivacijskega filma. Na primer, elektrokemično poliranje je zmanjšalo hrapavost površine nerjavečega jekla 316L z 8 μm na 0,18 μm in stopnjo korozije v simuliranih telesnih tekočinah za 90 %, kar medicinski vsadki potrebujejo za dolgo-uporabo.
2. Menjava površine in njeno segrevanje
Toplotna obdelava je postopek odpravljanja notranjih napetosti in izboljšanja strukture zrn. Dva primera tega sta žarjenje in kaljenje. Na primer, po toplotni obdelavi stopnja oksidacije lopatic turbin letalskih motorjev pri visokih temperaturah pade za 50 stopinj, njihova življenjska doba pa se podaljša za 20 %.
Nitriranje ali naogljičenje površine: vnos dušikovih ali ogljikovih atomov na površino pri visokih temperaturah, da se naredi difuzijska plast, ki je zelo trda in odporna proti koroziji. Na primer, po nitriranju trdota površine kalupnega jekla naraste na 1000–1200HV in je lahko odporen proti koroziji s solnim pršenjem več kot 1000 ur.
3. Tehnologija za premazovanje
Fizično naparjanje (PVD): nanašanje močnih premazov, kot sta TiN in CrN, da postanejo stvari bolj odporne proti obrabi in koroziji. Na primer, po nanosu PVD se stopnja oksidacije zlitin na osnovi niklja, ki so bile 3D-natisnjene, zmanjša za 80 % pri visoki temperaturi 650 stopinj.
Kemično prevleka/galvanizacija: nanašanje plasti Ni-P, Ni-B in drugih zlitin za zapolnitev površinskih napak in izdelavo zaščitnega filma. Brezelektrična zlitina niklja in fosforja lahko na primer zmanjša gostoto korozijskega toka nerjavnega jekla v morski vodi za 95 %. Njegova odpornost proti koroziji je skoraj tako dobra kot titanove zlitine.
Anodiziranje je dobro za izdelavo debelih oksidnih plasti na lahkih kovinah, kot so aluminijeve zlitine. Na primer, po strogem anodiziranju lahko deli vesoljskih plovil iz aluminijeve zlitine vzdržijo korozijo s solnim pršenjem več kot 5000 ur in imajo temperaturo taljenja 2320 K. To izpolnjuje zelo visoke okoljske standarde.
3, Primeri, kako industrija uporablja podatke in primere
Na letalskem in vesoljskem področju lopatice turbin motorja LEAP podjetja GE Aviation uporabljajo 3D-tiskanje in kemično poliranje, da naredijo površino bolj gladko, z 10 μm na 1 μm, zaradi česar je motor 8 % bolj aerodinamičen. Obenem se z obdelavo HIP znebite notranjih por, kar podaljša življenjsko{-občutljivost pri visoki temperaturi s 5000 na 12000 ciklov.
Medicinski vsadki: Po elektrokemičnem poliranju ima Johnson & Johnsonova 3D-natisnjena naprava za intertelesno fuzijo iz titanove zlitine površinsko hrapavost 0,8 μm, 90-odstotno zmanjšanje adhezije Staphylococcus aureus in več kot 95-odstotno klinično uspešnost.
Ocean Engineering: Stopnja korozije 3D-natisnjenega ventila iz nikelj-aluminija in brona, ki ga je izdelal CNOOC v slani vodi, se je po laserski oplaščenju in kemičnem nikljanju povečala z 0,5 mm/leto na 0,05 mm/leto. Za 10-krat se je povečala tudi življenjska doba ventila.