Il trattamento superficiale può migliorare la resistenza alla corrosione delle parti metalliche stampate in 3D?

一, La parte principale della tecnologia di trattamento superficiale
Le condizioni della superficie hanno un effetto diretto sulla resistenza alla corrosione degli oggetti metallici stampati in 3D. Rugosità superficiale, piccoli difetti e segregazione compositiva accelerano la penetrazione di sostanze corrosive come ioni cloruro e gas acidi. D'altra parte, i metodi di trattamento superficiale rendono i materiali più resistenti alla corrosione effettuando le seguenti operazioni:
Rimozione dei difetti: elimina i difetti superficiali, comprese le particelle di polvere non fusa e le tracce sovrapposte del bagno di fusione, e rende più difficile l'adesione dei mezzi corrosivi. La lucidatura chimica, ad esempio, può eliminare uno strato appiccicoso spesso 70 μm dissolvendo selettivamente le sporgenze superficiali. Ciò riduce notevolmente la probabilità di corrosione per vaiolatura.
Ottimizzare la microstruttura significa modificare la dimensione dei grani ed eliminare la segregazione dei componenti utilizzando metodi di trattamento termico o di modificazione della superficie. Ad esempio, la pressatura isostatica a caldo (HIP) può portare la densità di un materiale quasi al 100%, eliminare i pori interni e rendere più difficile il passaggio dei mezzi corrosivi.
Per proteggere il substrato metallico dal mezzo corrosivo, creare uno spesso film di ossido, uno strato di lega o un rivestimento sulla superficie. Ad esempio, l'anodizzazione può creare un rivestimento Al ₂ O3 con uno spessore compreso tra 5 e 20 μ m sulla superficie delle leghe di alluminio. Ciò li rende molto più resistenti alla corrosione da nebbia salina.
2, L'approccio più comune al trattamento superficiale e come aiuta a proteggere dalla corrosione
1. lucidatura con prodotti chimici e lucidatura con elettricità
Lucidatura chimica: utilizzo di potenti soluzioni di acidi ossidanti (come acido cloridrico e acido nitrico) per dissolvere selettivamente le irregolarità sulla superficie, rendendola liscia a livello inferiore al-micron. Dopo la lucidatura chimica, la rugosità superficiale della lega di titanio stampata in 3D va da 6–12 μm a 0,2–1 μm. La temperatura critica di vaiolatura (CPT) in una soluzione di NaCl al 3,5% aumenta di 15 gradi, il che la rende molto più resistente alla corrosione per vaiolatura.
Lucidatura elettrochimica: utilizzo di processi elettrolitici per ottenere levigatezza su scala nanometrica e creare allo stesso tempo un film di passivazione. Ad esempio, la lucidatura elettrochimica ha ridotto la ruvidità superficiale dell'acciaio inossidabile 316L da 8 μm a 0,18 μm e il tasso di corrosione nei fluidi corporei simulati del 90%, ovvero ciò di cui hanno bisogno gli impianti medici per un utilizzo a lungo-termine.
2. Cambiare la superficie e riscaldarla
Il trattamento termico è il processo per eliminare la tensione interna e migliorare la struttura del grano. La ricottura e la tempra ne sono due esempi. Ad esempio, dopo il trattamento termico, il tasso di ossidazione delle pale delle turbine dei motori aeronautici alle alte temperature diminuisce di 50 gradi e la loro durata aumenta del 20%.
Nitrurazione o cementazione della superficie: inserimento di atomi di azoto o carbonio nella superficie ad alte temperature per creare uno strato di diffusione molto duro e resistente alla corrosione. Ad esempio, dopo la nitrurazione, la durezza della superficie dell'acciaio per stampi arriva fino a 1.000–1.200 HV e può resistere alla corrosione in nebbia salina per più di 1.000 ore.
3. Tecnologia per il rivestimento
Deposizione fisica da fase vapore (PVD): applicazione di rivestimenti resistenti come TiN e CrN per rendere gli oggetti più resistenti all'usura e alla corrosione. Ad esempio, in seguito al rivestimento PVD, il tasso di ossidazione delle leghe a base di nichel-stampate in 3D diminuisce dell'80% a una temperatura elevata di 650 gradi.
Placcatura chimica/galvanica: applicazione di strati di Ni-P, Ni-B e altre leghe per riempire i difetti superficiali e creare una pellicola protettiva. La lega chimica di nichel-fosforo, ad esempio, può ridurre del 95% la densità della corrente di corrosione dell'acciaio inossidabile nell'acqua di mare. La sua resistenza alla corrosione è buona quasi quanto quella della lega di titanio.
L'anodizzazione è utile per produrre spessi strati di ossido su metalli leggeri come le leghe di alluminio. Ad esempio, dopo un'anodizzazione rigorosa, le parti in lega di alluminio dei veicoli spaziali possono resistere alla corrosione in nebbia salina per più di 5.000 ore e avere una temperatura di fusione di 2.320 K. Ciò soddisfa standard ambientali molto elevati.
3. Esempi di come il settore utilizza dati e casi
Nel campo aerospaziale, le pale delle turbine dei motori LEAP di GE Aviation utilizzano la stampa 3D e la lucidatura chimica per rendere la superficie più liscia, passando da 10 μm a 1 μm, rendendo così il motore più aerodinamico dell'8%. Allo stesso tempo, il trattamento HIP elimina i pori interni, estendendo la durata alla fatica alle alte-temperature da 5.000 a 12.000 cicli.
Impianti medici: dopo la lucidatura elettrochimica, il dispositivo di fusione intersomatica in lega di titanio stampato in 3D-di Johnson & Johnson presenta una ruvidità superficiale di 0,8 μm, una diminuzione del 90% dell'adesione dello Staphylococcus aureus e un tasso di successo clinico superiore al 95%.
Ingegneria oceanica: il tasso di corrosione della valvola in bronzo-alluminio-nichel stampata in 3D realizzata da CNOOC in acqua salata è passato da 0,5 mm/anno a 0,05 mm/anno dopo il rivestimento laser e la nichelatura chimica. Anche la durata utile della valvola è stata aumentata di 10 volte.