Yüzey işlemi metal 3D baskılı parçaların korozyon direncini artırabilir mi?

一, Yüzey işleme teknolojisinin ana kısmı
Yüzey koşulu, metal 3D baskılı nesnelerin korozyona ne kadar iyi direnç gösterdiği üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Yüzey pürüzlülüğü, küçük kusurlar ve bileşimsel ayrışma, klorür iyonları ve asidik gazlar gibi aşındırıcı maddelerin nüfuzunu hızlandırır. Öte yandan yüzey işleme yöntemleri aşağıdakileri yaparak malzemeleri korozyona karşı daha dayanıklı hale getirir:
Kusur giderme: Erimemiş toz parçacıkları ve erimiş havuzun üst üste binen izleri dahil olmak üzere yüzey kusurlarından kurtulun ve aşındırıcı ortamın yapışmasını zorlaştırın. Örneğin kimyasal cilalama, yüzey çıkıntılarını seçici olarak çözerek 70 mikron kalınlığındaki yapışkan tabakadan kurtulabilir. Bu, oyuk korozyonu olasılığını büyük ölçüde azaltır.
Mikro yapıyı optimize etmek, ısıl işlem veya yüzey modifikasyon yöntemleri kullanılarak tanelerin boyutunun değiştirilmesi ve bileşen ayrışmasının ortadan kaldırılması anlamına gelir. Örneğin, sıcak izostatik presleme (HIP), bir malzemenin yoğunluğunu neredeyse %100'e çıkarabilir, iç gözeneklerden kurtulabilir ve aşındırıcı ortamın geçmesini zorlaştırabilir.
Metal alt tabakayı aşındırıcı ortamdan korumak için yüzey üzerine kalın bir oksit filmi, alaşım tabakası veya kaplama oluşturun. Örneğin anotlama, alüminyum alaşımlarının yüzeyinde 5 ila 20 μm kalınlığında bir Al₂ O3 kaplama oluşturabilir. Bu onları tuz spreyi korozyonuna karşı çok daha dayanıklı hale getirir.
2, En yaygın yüzey işleme yaklaşımı ve korozyona karşı korumaya nasıl yardımcı olduğu
1.Kimyasallarla parlatma ve elektrikle parlatma
Kimyasal parlatma: Yüzeydeki tümsekleri seçici olarak çözmek ve yüzeyi-mikron altı seviyede pürüzsüz hale getirmek için güçlü oksitleyici asit çözeltilerinin (hidroklorik asit ve nitrik asit gibi) kullanılması. Kimyasal cilalamanın ardından 3D baskılı titanyum alaşımının yüzey pürüzlülüğü 6–12 μm'den 0,2–1 μm'ye çıkar. %3,5 NaCl çözeltisindeki kritik çukurlaşma sıcaklığı (CPT) 15 derece yükselir, bu da onu çukurlaşma korozyonuna karşı çok daha dayanıklı hale getirir.
Elektrokimyasal parlatma: Nano ölçekte pürüzsüzlük elde etmek ve aynı zamanda pasifleştirme filmi yapmak için elektrolitik süreçlerin kullanılması. Örneğin, elektrokimyasal cilalama, 316L paslanmaz çeliğin yüzey pürüzlülüğünü 8 μm'den 0,18 μm'ye ve simüle edilmiş vücut sıvılarındaki korozyon oranını %90 oranında azalttı; bu da tıbbi implantların uzun-dönemli kullanım için ihtiyaç duyduğu şey.
2. Yüzeyi değiştirip ısıtmak
Isıl işlem, iç gerilimden kurtulma ve tane yapısını iyileştirme işlemidir. Tavlama ve söndürme bunun iki örneğidir. Örneğin ısıl işlem sonrasında uçak motoru türbin kanatlarının yüksek sıcaklıktaki oksidasyon oranı 50 derece düşer, ömrü ise %20 artar.
Yüzeyin nitrürlenmesi veya karbürlenmesi: Çok sert ve korozyona dayanıklı bir difüzyon tabakası oluşturmak için yüzeye nitrojen veya karbon atomlarının yüksek sıcaklıklarda uygulanması. Örneğin nitrürleme sonrasında kalıp çeliğinin yüzeyinin sertliği 1000–1200HV'ye kadar çıkar ve tuz püskürtme korozyonuna 1000 saatten fazla dayanabilir.
3. Kaplama teknolojisi
Fiziksel Buhar Birikimi (PVD): Eşyaları aşınmaya ve korozyona karşı daha dayanıklı hale getirmek için TiN ve CrN gibi güçlü kaplamaların uygulanması. Örneğin, PVD kaplamanın ardından, 3D olarak basılan nikel- bazlı alaşımların oksidasyon hızı, 650 derecelik yüksek sıcaklıkta %80 oranında düşer.
Kimyasal kaplama/elektrokaplama: Yüzey kusurlarını doldurmak ve koruyucu bir film oluşturmak için Ni-P, Ni-B ve diğer alaşımlardan oluşan katmanların yerleştirilmesi. Örneğin akımsız nikel fosfor alaşımı, paslanmaz çeliğin deniz suyundaki korozyon akım yoğunluğunu %95 oranında azaltabilir. Korozyona karşı direnci neredeyse titanyum alaşımı kadar iyidir.
Eloksallama, alüminyum alaşımları gibi hafif metaller üzerinde kalın oksit katmanları üretmek için iyidir. Örneğin, uzay aracının alüminyum alaşımlı parçaları, sıkı anotlama işleminden sonra 5000 saatten fazla tuz püskürtme korozyonuna dayanabilir ve 2320K erime sıcaklığına sahip olabilir. Bu, çok yüksek çevre standartlarını karşılar.
3, Sektörün verileri ve vakaları nasıl kullandığına dair örnekler
Havacılık alanında, GE Aviation'ın LEAP motor türbin kanatları, yüzeyi daha pürüzsüz hale getirmek için 3D baskı ve kimyasal cilalama kullanarak 10 μm'den 1 μm'ye çıkıyor ve böylece motoru %8 daha aerodinamik hale getiriyor. Aynı zamanda HIP işlemi iç gözeneklerden kurtulur ve bu da-yüksek sıcaklıktaki yorulma ömrünü 5000 döngüden 12000 döngüye uzatır.
Tıbbi implantlar: Johnson & Johnson'ın 3D-baskılı titanyum alaşımı gövdeler arası füzyon cihazı, elektrokimyasal cilalamanın ardından 0,8 μm yüzey pürüzlülüğüne, Staphylococcus aureus yapışmasında %90 azalmaya ve %95'in üzerinde klinik başarı oranına sahiptir.
Okyanus Mühendisliği: CNOOC tarafından tuzlu suda üretilen 3D baskılı nikel alüminyum bronz vananın korozyon oranı, lazer kaplama ve kimyasal nikel kaplama sonrasında 0,5 mm/yıl'dan 0,05 mm/yıl'a çıktı. Vananın servis ömrü de 10 kat arttı.