Kan oppervlaktebehandeling de corrosieweerstand van 3D-geprinte metalen onderdelen verbeteren?

一, Het belangrijkste onderdeel van oppervlaktebehandelingstechnologie
De toestand van het oppervlak heeft een direct effect op hoe goed metalen 3D-geprinte objecten bestand zijn tegen corrosie. Oppervlakteruwheid, kleine oneffenheden en segregatie in de samenstelling versnellen de penetratie van corrosieve stoffen zoals chloride-ionen en zure gassen. Aan de andere kant maken oppervlaktebehandelingsmethoden materialen beter bestand tegen corrosie door het volgende te doen:
Verwijdering van defecten: Verwijder oppervlaktefouten, waaronder niet-gesmolten poederdeeltjes en overlappende sporen van het gesmolten zwembad, en maak het moeilijker voor corrosieve media om te blijven plakken. Chemisch polijsten kan bijvoorbeeld een 70 μm dikke kleverige laag verwijderen door oppervlakte-uitsteeksels selectief op te lossen. Dit verkleint de kans op putcorrosie aanzienlijk.
Het optimaliseren van de microstructuur betekent het veranderen van de grootte van de korrels en het wegwerken van de segregatie van componenten door gebruik te maken van warmtebehandeling of oppervlaktemodificatiemethoden. Heet isostatisch persen (HIP) kan bijvoorbeeld de dichtheid van een materiaal bijna 100% maken, interne poriën verwijderen en het moeilijker maken voor corrosieve media om er doorheen te komen.
Om het metalen substraat tegen het corrosieve medium te beschermen, bouwt u een dikke oxidefilm, legeringslaag of coating op het oppervlak. Door anodiseren kan bijvoorbeeld een Al₂O3-coating van 5 tot 20 μm dik op het oppervlak van aluminiumlegeringen ontstaan. Hierdoor zijn ze veel beter bestand tegen zoutsproeicorrosie.
2, De meest voorkomende benadering van oppervlaktebehandeling en hoe deze helpt beschermen tegen corrosie
1. polijsten met chemicaliën en polijsten met elektriciteit
Chemisch polijsten: gebruik van krachtige oxiderende zuuroplossingen (zoals zoutzuur en salpeterzuur) om oneffenheden op het oppervlak selectief op te lossen, waardoor het glad wordt op sub-micronniveau. Na chemisch polijsten gaat de oppervlakteruwheid van een 3D-geprinte titaniumlegering van 6–12 μm naar 0,2–1 μm. De kritische puttemperatuur (CPT) in een 3,5% NaCl-oplossing stijgt met 15 graden, waardoor deze veel beter bestand is tegen putcorrosie.
Elektrochemisch polijsten: gebruik van elektrolytische processen om gladheid op nanoschaal te verkrijgen en tegelijkertijd een passivatiefilm te maken. Elektrochemisch polijsten verminderde bijvoorbeeld de oppervlakteruwheid van 316L roestvrij staal van 8 μm naar 0,18 μm en de corrosiesnelheid in gesimuleerde lichaamsvloeistoffen met 90%, wat medische implantaten nodig hebben voor langdurig gebruik-.
2. Het oppervlak veranderen en opwarmen
Warmtebehandeling is het proces waarbij interne spanningen worden weggenomen en de korrelstructuur wordt verbeterd. Gloeien en afschrikken zijn hiervan twee voorbeelden. Na een warmtebehandeling daalt bijvoorbeeld de oxidatiesnelheid van turbinebladen van vliegtuigmotoren bij hoge temperaturen met 50 graden, en gaat hun levensduur met 20% omhoog.
Nitreren of carboneren van het oppervlak: Het bij hoge temperaturen in het oppervlak brengen van stikstof- of koolstofatomen om een ​​diffusielaag te maken die zeer hard is en bestand tegen corrosie. Na nitreren stijgt de hardheid van het oppervlak van vormstaal bijvoorbeeld tot 1000–1200 HV, en is het meer dan 1000 uur bestand tegen zoutsproeicorrosie.
3. Technologie voor coating
Physical Vapour Deposition (PVD): Het aanbrengen van sterke coatings zoals TiN en CrN om dingen beter bestand te maken tegen slijtage en corrosie. Na PVD-coating daalt de oxidatiesnelheid van op nikkel-gebaseerde legeringen die in 3D zijn geprint bijvoorbeeld met 80% bij een hoge temperatuur van 650 graden.
Chemisch plateren/galvaniseren: het aanbrengen van lagen Ni-P, Ni-B en andere legeringen om oppervlaktefouten op te vullen en een beschermende film te maken. Een stroomloze nikkel-fosforlegering kan bijvoorbeeld de corrosiestroomdichtheid van roestvrij staal in zeewater met 95% verminderen. De weerstand tegen corrosie is bijna net zo goed als die van een titaniumlegering.
Anodiseren is goed voor het produceren van dikke oxidelagen op lichte metalen zoals aluminiumlegeringen. Na rigoureus anodiseren zijn onderdelen van aluminiumlegeringen van ruimtevaartuigen bijvoorbeeld meer dan 5000 uur bestand tegen zoutsproeicorrosie en hebben ze een smelttemperatuur van 2320 K. Dit voldoet aan zeer hoge milieunormen.
3, Voorbeelden van hoe de industrie data en cases gebruikt
In de ruimtevaart maken de LEAP-turbinebladen van GE Aviation gebruik van 3D-printen en chemisch polijsten om het oppervlak gladder te maken, gaande van 10 μm tot 1 μm, waardoor de motor 8% aerodynamischer wordt. Tegelijkertijd verwijdert de HIP-behandeling de inwendige poriën, waardoor de levensduur van vermoeidheid bij hoge- temperaturen wordt verlengd van 5000 naar 12.000 cycli.
Medische implantaten: na elektrochemisch polijsten heeft het 3D-geprinte interbodyfusie-apparaat van titaniumlegeringen van Johnson & Johnson een oppervlakteruwheid van 0,8 μm, een afname van 90% in de adhesie van Staphylococcus aureus en een klinisch succespercentage van meer dan 95%.
Ocean Engineering: De corrosiesnelheid van de 3D-geprinte nikkel-aluminium bronzen klep, gemaakt door CNOOC in zout water, ging van 0,5 mm/jaar naar 0,05 mm/jaar na lasercladding en chemisch vernikkelen. De levensduur van de klep werd ook tien keer verlengd.