Xử lý bề mặt có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của các bộ phận in 3D kim loại không?

一, Phần chính của công nghệ xử lý bề mặt
Tình trạng bề mặt có ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chống ăn mòn của các vật thể in 3D bằng kim loại. Độ nhám bề mặt, các vết nứt nhỏ và sự phân chia thành phần làm tăng tốc độ xâm nhập của các chất ăn mòn như ion clorua và khí axit. Mặt khác, các phương pháp xử lý bề mặt làm cho vật liệu có khả năng chống ăn mòn cao hơn bằng cách thực hiện những điều sau:
Loại bỏ khuyết tật: Loại bỏ các khuyết tật trên bề mặt bao gồm các hạt bột không tan chảy và các dấu vết chồng chéo của bể nóng chảy, đồng thời làm cho môi trường ăn mòn khó bám vào hơn. Ví dụ, đánh bóng bằng hóa chất có thể loại bỏ lớp dính dày 70 μm bằng cách hòa tan có chọn lọc các phần nhô ra trên bề mặt. Điều này làm giảm đáng kể khả năng ăn mòn rỗ.
Tối ưu hóa cấu trúc vi mô có nghĩa là thay đổi kích thước của hạt và loại bỏ sự phân tách thành phần bằng cách sử dụng các phương pháp xử lý nhiệt hoặc biến đổi bề mặt. Ví dụ, ép đẳng tĩnh nóng (HIP) có thể làm cho mật độ vật liệu đạt gần 100%, loại bỏ các lỗ rỗng bên trong và khiến môi trường ăn mòn khó đi qua hơn.
Để bảo vệ bề mặt kim loại khỏi môi trường ăn mòn, hãy tạo một màng oxit dày, lớp hợp kim hoặc lớp phủ trên bề mặt. Ví dụ, anodizing có thể tạo ra lớp phủ Al ₂ O3 dày từ 5 đến 20 μm trên bề mặt hợp kim nhôm. Điều này làm cho chúng có khả năng chống ăn mòn phun muối cao hơn nhiều.
2, Phương pháp xử lý bề mặt phổ biến nhất và cách nó giúp bảo vệ chống ăn mòn
1. Đánh bóng bằng hóa chất và đánh bóng bằng điện
Đánh bóng bằng hóa học: sử dụng dung dịch axit oxy hóa mạnh (chẳng hạn như axit clohydric và axit nitric) để hòa tan có chọn lọc các vết lồi lõm trên bề mặt, làm cho bề mặt nhẵn ở cấp độ{{0}micron nhỏ. Sau khi đánh bóng bằng hóa học, độ nhám bề mặt của hợp kim titan in 3D tăng từ 6–12 μm đến 0,2–1 μm. Nhiệt độ rỗ tới hạn (CPT) trong dung dịch NaCl 3,5% tăng 15 độ, khiến nó có khả năng chống ăn mòn rỗ cao hơn nhiều.
Đánh bóng điện hóa: Sử dụng các quá trình điện phân để có được độ mịn ở cấp độ nano và đồng thời tạo ra màng thụ động. Ví dụ: đánh bóng điện hóa làm giảm độ nhám bề mặt của thép không gỉ 316L từ 8 μm xuống 0,18 μm và tốc độ ăn mòn trong chất dịch cơ thể mô phỏng xuống 90%, đây chính là điều mà các thiết bị cấy ghép y tế cần để sử dụng lâu dài.
2. Thay đổi bề mặt và làm nóng nó
Xử lý nhiệt là quá trình loại bỏ sức căng bên trong và cải thiện cấu trúc hạt. Ủ và làm nguội là hai ví dụ về điều này. Ví dụ, sau khi xử lý nhiệt, tốc độ oxy hóa của cánh tuabin động cơ máy bay ở nhiệt độ cao giảm 50 độ và tuổi thọ của chúng tăng lên 20%.
Thấm nitơ hoặc cacbon hóa bề mặt: Đưa các nguyên tử nitơ hoặc cacbon vào bề mặt ở nhiệt độ cao để tạo thành lớp khuếch tán rất cứng và có khả năng chống ăn mòn. Ví dụ, sau khi thấm nitơ, độ cứng của bề mặt thép khuôn lên tới 1000–1200HV và nó có thể chống ăn mòn do phun muối trong hơn 1000 giờ.
3. Công nghệ phủ
Lắng đọng hơi vật lý (PVD): Phủ lên các lớp phủ bền như TiN và CrN để làm cho mọi thứ có khả năng chống mài mòn và ăn mòn cao hơn. Ví dụ: sau lớp phủ PVD, tốc độ oxy hóa của hợp kim gốc niken-được in 3D giảm 80% ở nhiệt độ cao 650 độ.
Mạ hóa học/mạ điện: Đổ các lớp Ni-P, Ni-B và các hợp kim khác để lấp đầy các khuyết điểm trên bề mặt và tạo thành màng bảo vệ. Ví dụ, hợp kim niken phốt pho không điện có thể làm giảm 95% mật độ dòng ăn mòn của thép không gỉ trong nước biển. Khả năng chống ăn mòn của nó gần như tốt bằng hợp kim titan.
Anodizing rất tốt để tạo ra các lớp oxit dày trên các kim loại nhẹ như hợp kim nhôm. Ví dụ, sau khi anod hóa nghiêm ngặt, các bộ phận bằng hợp kim nhôm của tàu vũ trụ có thể chịu được sự ăn mòn do phun muối trong hơn 5000 giờ và có nhiệt độ nóng chảy là 2320K. Điều này đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường rất cao.
3, Ví dụ về cách ngành sử dụng dữ liệu và trường hợp
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, cánh tuabin động cơ LEAP của GE Aviation sử dụng công nghệ in 3D và đánh bóng hóa học để làm cho bề mặt mịn hơn, từ 10 μm đến 1 μm, nhờ đó giúp động cơ có tính khí động học cao hơn 8%. Đồng thời, việc xử lý HIP sẽ loại bỏ các lỗ chân lông bên trong, giúp kéo dài-tuổi thọ mỏi ở nhiệt độ cao từ 5000 đến 12000 chu kỳ.
Cấy ghép y tế: Sau khi đánh bóng điện hóa, thiết bị kết hợp giữa các cơ thể bằng hợp kim titan được in 3D-của Johnson & Johnson có độ nhám bề mặt là 0,8 μm, độ bám dính của Staphylococcus aureus giảm 90% và tỷ lệ thành công trên lâm sàng là trên 95%.
Kỹ thuật Đại dương: Tốc độ ăn mòn của van đồng nhôm niken in 3D do CNOOC sản xuất trong nước mặn đã tăng từ 0,5 mm/năm lên 0,05 mm/năm sau khi bọc bằng laser và mạ niken hóa học. Tuổi thọ của van cũng tăng lên gấp 10 lần.