Voiko pintakäsittely parantaa metallisten 3D-tulostettujen osien korroosionkestävyyttä?

一, pintakäsittelytekniikan pääosa
Pinnan kunto vaikuttaa suoraan siihen, kuinka hyvin metalliset 3D-painetut esineet kestävät korroosiota. Pinnan karheus, pienet viat ja koostumuksen erottuminen nopeuttavat syövyttävien aineiden, kuten kloridi-ionien ja happamien kaasujen, tunkeutumista. Toisaalta pintakäsittelymenetelmät tekevät materiaaleista kestävämpiä korroosiota vastaan ​​seuraavasti:
Vikojen poisto: Poista pinnan epäpuhtaudet, mukaan lukien sulamattomat jauhehiukkaset ja sulan altaan päällekkäiset jäämät, ja vaikeuta syövyttävien materiaalien tarttumista. Esimerkiksi kemiallisella kiillotuksella voidaan päästä eroon 70 μm paksusta tahmeasta kerroksesta liuottamalla valikoivasti pinnan ulkonemia. Tämä vähentää huomattavasti pistekorroosion todennäköisyyttä.
Mikrorakenteen optimointi tarkoittaa rakeiden koon muuttamista ja komponenttien erottelusta eroon pääsemistä lämpökäsittely- tai pintamuokkausmenetelmillä. Esimerkiksi kuumaisostaattinen puristus (HIP) voi tehdä materiaalin tiheydestä lähes 100 %, päästä eroon sisäisistä huokosista ja vaikeuttaa syövyttävien materiaalien läpipääsyä.
Suojaa metallialusta syövyttävältä aineelta rakentamalla pinnalle paksu oksidikalvo, seoskerros tai pinnoite. Esimerkiksi anodisointi voi muodostaa alumiiniseosten pinnalle 5-20 μm paksun Al ₂ O3 -pinnoitteen. Tämä tekee niistä paljon kestävämpiä suolasumukorroosiota vastaan.
2, Yleisin pintakäsittelymenetelmä ja kuinka se auttaa suojaamaan korroosiolta
1. kiillotus kemikaaleilla ja kiillotus sähköllä
Kemiallinen kiillotus: voimakkaiden hapettavien happoliuosten (kuten suolahappoa ja typpihappoa) käyttäminen liuottaa selektiivisesti pinnalla olevia kuoppia ja tekee siitä sileän alle -mikronin tasolla. Kemiallisen kiillotuksen jälkeen 3D-tulostetun titaaniseoksen pinnan karheus muuttuu 6–12 μm:stä 0,2–1 μm:iin. Kriittinen pistelämpötila (CPT) 3,5 % NaCl-liuoksessa nousee 15 astetta, mikä tekee siitä paljon kestävämmän pistekorroosiota vastaan.
Sähkökemiallinen kiillotus: Elektrolyyttisten prosessien käyttö nanomittakaavan sileyden saamiseksi ja passivointikalvon tekemiseksi samanaikaisesti. Esimerkiksi sähkökemiallinen kiillotus alensi 316L ruostumattoman teräksen pinnan karheutta 8 μm:stä 0,18 μm:iin ja korroosionopeutta simuloiduissa kehon nesteissä 90 %, mitä lääketieteelliset implantit tarvitsevat pitkäaikaiseen käyttöön.
2. Pinnan vaihtaminen ja lämmittäminen
Lämpökäsittely on prosessi, jolla päästään eroon sisäisestä jännityksestä ja parannetaan raerakennetta. Hehkutus ja karkaisu ovat kaksi esimerkkiä tästä. Esimerkiksi lämpökäsittelyn jälkeen lentokoneiden turbiinien siipien hapettumisaste korkeissa lämpötiloissa laskee 50 astetta ja niiden käyttöikä pitenee 20 %.
Pinnan nitraus tai hiiletys: typpi- tai hiiliatomien laittaminen pintaan korkeissa lämpötiloissa diffuusiokerroksen muodostamiseksi, joka on erittäin kova ja korroosiota kestävä. Esimerkiksi nitrauksen jälkeen muottiteräksen pinnan kovuus nousee 1000–1200HV:iin ja se kestää yli 1000 tuntia suolasumukorroosiota.
3. Päällystystekniikka
Fysikaalinen höyrypinnoitus (PVD): Vahvojen pinnoitteiden, kuten TiN ja CrN, levittäminen, jotta asiat kestävät paremmin kulutusta ja korroosiota. Esimerkiksi PVD-pinnoituksen jälkeen nikkeli-pohjaisten metalliseosten, jotka oli tulostettu 3D-tulostuksessa, hapettumisnopeus laskee 80 % korkeassa 650 asteen lämpötilassa.
Kemiallinen pinnoitus/galvanointi: Ni{0}}P-, Ni-B- ja muiden metalliseosten kerrosten levittäminen pintavirheiden täyttämiseksi ja suojakalvon muodostamiseksi. Esimerkiksi sähkötön nikkelifosforiseos voi vähentää ruostumattoman teräksen korroosiovirran tiheyttä merivedessä 95 %. Sen korroosionkestävyys on lähes yhtä hyvä kuin titaaniseoksella.
Anodisointi on hyvä valmistamaan paksuja oksidikerroksia kevytmetallien, kuten alumiiniseosten, päälle. Esimerkiksi tiukan anodisoinnin jälkeen avaruusalusten alumiiniseososat kestävät suolasumukorroosiota yli 5000 tuntia ja niiden sulamislämpötila on 2320 K. Tämä täyttää erittäin korkeat ympäristöstandardit.
3, Esimerkkejä siitä, kuinka teollisuus käyttää tietoja ja tapauksia
Ilmailu- ja avaruusalalla GE Aviationin LEAP-moottorin turbiinien siivet käyttävät 3D-tulostusta ja kemiallista kiillotusta pinnan tasaamiseksi 10 μm:stä 1 μm:iin, mikä tekee moottorista 8 % aerodynaamisemman. Samaan aikaan HIP-käsittely poistaa sisähuokoset, mikä pidentää korkean lämpötilan väsymisikää 5000 syklistä 12000 sykliin.
Lääketieteelliset implantit: Sähkökemiallisen kiillotuksen jälkeen Johnson & Johnsonin 3D-painetun titaaniseoksesta valmistettujen runkojen välisen fuusiolaitteen pinnan karheus on 0,8 μm, Staphylococcus aureus -tarttuvuuden väheneminen 90 % ja kliininen onnistumisaste yli 95 %.
Ocean Engineering: CNOOC:n valmistaman 3D-painetun nikkeli-alumiinipronssiventtiilin korroosionopeus suolavedessä laski 0,5 mm:stä 0,05 mm:iin vuodessa laserpinnoituksen ja kemiallisen nikkelipinnoituksen jälkeen. Myös venttiilin käyttöikää pidennettiin 10 kertaa.