O tratamento de superfície pode melhorar a resistência à corrosão de peças metálicas impressas em 3D?

一, A parte principal da tecnologia de tratamento de superfície
A condição da superfície tem um efeito direto na resistência à corrosão dos objetos metálicos impressos em 3D. A rugosidade da superfície, pequenas falhas e a segregação da composição aceleram a penetração de substâncias corrosivas como íons cloreto e gases ácidos. Por outro lado, os métodos de tratamento de superfície tornam os materiais mais resistentes à corrosão, fazendo o seguinte:
Remoção de defeitos: Livre-se de falhas superficiais, incluindo partículas de pó não derretido e vestígios sobrepostos da poça derretida, e torne mais difícil a aderência de meios corrosivos. O polimento químico, por exemplo, pode eliminar uma camada pegajosa de 70 μm de espessura, dissolvendo seletivamente as saliências da superfície. Isso reduz muito a probabilidade de corrosão por picadas.
Otimizar a microestrutura significa alterar o tamanho dos grãos e eliminar a segregação de componentes usando tratamento térmico ou métodos de modificação de superfície. Por exemplo, a prensagem isostática a quente (HIP) pode aumentar a densidade de um material em quase 100%, eliminar os poros internos e dificultar a passagem de meios corrosivos.
Para proteger o substrato metálico do meio corrosivo, construa uma película espessa de óxido, uma camada de liga ou um revestimento na superfície. Por exemplo, a anodização pode criar um revestimento de Al ₂ O3 com 5 a 20 μm de espessura na superfície das ligas de alumínio. Isso os torna muito mais resistentes à corrosão por névoa salina.
2, A abordagem de tratamento de superfície mais comum e como ela ajuda a proteger contra a corrosão
1. polimento com produtos químicos e polimento com eletricidade
Polimento químico: emprego de soluções ácidas oxidantes poderosas (como ácido clorídrico e ácido nítrico) para dissolver seletivamente saliências na superfície, tornando-a lisa em nível sub{0}}mícron. Após o polimento químico, a rugosidade da superfície da liga de titânio impressa em 3D vai de 6–12 μm para 0,2–1 μm. A temperatura crítica de corrosão por pites (CPT) em uma solução de NaCl a 3,5% aumenta em 15 graus, o que a torna muito mais resistente à corrosão por pites.
Polimento eletroquímico: Usando processos eletrolíticos para obter suavidade em nanoescala e ao mesmo tempo fazer um filme de passivação. Por exemplo, o polimento eletroquímico reduziu a rugosidade da superfície do aço inoxidável 316L de 8 μm para 0,18 μm e a taxa de corrosão em fluidos corporais simulados em 90%, que é o que os implantes médicos precisam para uso-de longo prazo.
2. Mudar a superfície e aquecê-la
O tratamento térmico é o processo de eliminação da tensão interna e melhoria da estrutura do grão. Recozimento e têmpera são dois exemplos disso. Por exemplo, após o tratamento térmico, a taxa de oxidação das pás das turbinas dos motores de aeronaves a altas temperaturas cai 50 graus e a sua vida útil aumenta 20%.
Nitretação ou cementação da superfície: Colocar átomos de nitrogênio ou carbono na superfície em altas temperaturas para formar uma camada de difusão muito dura e resistente à corrosão. Por exemplo, após a nitretação, a dureza da superfície do aço do molde sobe para 1.000–1.200 HV e pode resistir à corrosão por névoa salina por mais de 1.000 horas.
3. Tecnologia para revestimento
Deposição Física de Vapor (PVD): Aplicação de revestimentos fortes como TiN e CrN para tornar as coisas mais resistentes ao desgaste e à corrosão. Por exemplo, após o revestimento PVD, a taxa de oxidação de ligas à base de níquel-que foram impressas em 3D cai 80% a uma temperatura elevada de 650 graus .
Galvanoplastia/revestimento químico: colocação de camadas de Ni-P, Ni-B e outras ligas para preencher falhas superficiais e formar uma película protetora. A liga de níquel-fósforo não eletrolítica, por exemplo, pode reduzir a densidade da corrente de corrosão do aço inoxidável na água do mar em 95%. Sua resistência à corrosão é quase tão boa quanto a da liga de titânio.
A anodização é boa para produzir camadas espessas de óxido em metais leves, como ligas de alumínio. Por exemplo, após anodização rigorosa, as peças de liga de alumínio de naves espaciais podem resistir à corrosão por névoa salina por mais de 5.000 horas e ter uma temperatura de fusão de 2.320K. Isto atende a padrões ambientais muito elevados.
3, Exemplos de como a indústria usa dados e casos
No campo aeroespacial, as pás da turbina do motor LEAP da GE Aviation utilizam impressão 3D e polimento químico para tornar a superfície mais lisa, passando de 10 μm a 1 μm, tornando o motor 8% mais aerodinâmico. Ao mesmo tempo, o tratamento HIP elimina os poros internos, o que estende a vida útil da fadiga em altas-temperaturas de 5.000 para 12.000 ciclos.
Implantes médicos: após o polimento eletroquímico, o dispositivo de fusão intercorporal de liga de titânio-impresso em 3D da Johnson & Johnson apresenta uma rugosidade superficial de 0,8 μm, uma redução de 90% na adesão de Staphylococcus aureus e uma taxa de sucesso clínico superior a 95%.
Engenharia oceânica: A taxa de corrosão da válvula de níquel-alumínio-bronze impressa em 3D feita pela CNOOC em água salgada passou de 0,5 mm/ano para 0,05 mm/ano após revestimento a laser e niquelagem química. A vida útil da válvula também foi aumentada em 10 vezes.