¿Puede el tratamiento de superficies mejorar la resistencia a la corrosión de las piezas metálicas impresas en 3D?

一, La parte principal de la tecnología de tratamiento de superficies.
El estado de la superficie tiene un efecto directo sobre la resistencia a la corrosión de los objetos metálicos impresos en 3D. La rugosidad de la superficie, los pequeños defectos y la segregación de la composición aceleran la penetración de sustancias corrosivas como iones de cloruro y gases ácidos. Por otro lado, los métodos de tratamiento de superficies hacen que los materiales sean más resistentes a la corrosión al hacer lo siguiente:
Eliminación de defectos: elimine los defectos de la superficie, incluidas las partículas de polvo sin derretir y los rastros superpuestos del charco fundido, y dificulte la adherencia de los medios corrosivos. El pulido químico, por ejemplo, puede eliminar una capa pegajosa de 70 μm de espesor disolviendo selectivamente las protuberancias de la superficie. Esto reduce en gran medida la probabilidad de corrosión por picaduras.
Optimizar la microestructura significa cambiar el tamaño de los granos y eliminar la segregación de componentes mediante el uso de tratamientos térmicos o métodos de modificación de la superficie. Por ejemplo, el prensado isostático en caliente (HIP) puede hacer que la densidad de un material sea casi del 100%, eliminar los poros internos y dificultar el paso de los medios corrosivos.
Para proteger el sustrato metálico del medio corrosivo, cree una película gruesa de óxido, una capa de aleación o un revestimiento sobre la superficie. Por ejemplo, la anodización puede crear una capa de Al₂O3 de 5 a 20 μm de espesor en la superficie de las aleaciones de aluminio. Esto los hace mucho más resistentes a la corrosión por niebla salina.
2, El enfoque de tratamiento de superficies más común y cómo ayuda a proteger contra la corrosión.
1. pulir con productos químicos y pulir con electricidad
Pulido químico: empleo de poderosas soluciones ácidas oxidantes (como ácido clorhídrico y ácido nítrico) para disolver selectivamente las protuberancias en la superficie, alisándola a un nivel sub-micrónico. Después del pulido químico, la rugosidad de la superficie de la aleación de titanio impresa en 3D varía de 6 a 12 μm a 0,2 a 1 μm. La temperatura crítica de picaduras (CPT) en una solución de NaCl al 3,5% aumenta 15 grados, lo que la hace mucho más resistente a la corrosión por picaduras.
Pulido electroquímico: uso de procesos electrolíticos para obtener suavidad a nanoescala y crear una película de pasivación al mismo tiempo. Por ejemplo, el pulido electroquímico redujo la rugosidad de la superficie del acero inoxidable 316L de 8 μm a 0,18 μm y la tasa de corrosión en fluidos corporales simulados en un 90 %, que es lo que los implantes médicos necesitan para un uso a largo plazo-.
2. Cambiar la superficie y calentarla
El tratamiento térmico es el proceso de eliminar la tensión interna y mejorar la estructura del grano. El recocido y el temple son dos ejemplos de esto. Por ejemplo, después del tratamiento térmico, la tasa de oxidación de las palas de las turbinas de los motores de aviones a altas temperaturas cae 50 grados y su vida útil aumenta un 20%.
Nitrurar o carburizar la superficie: poner átomos de nitrógeno o carbono en la superficie a altas temperaturas para formar una capa de difusión que sea muy dura y resistente a la corrosión. Por ejemplo, después de la nitruración, la dureza de la superficie del acero para moldes sube a 1000-1200 HV y puede resistir la corrosión por niebla salina durante más de 1000 horas.
3. Tecnología de recubrimiento
Deposición física de vapor (PVD): aplicación de recubrimientos fuertes como TiN y CrN para hacer las cosas más resistentes al desgaste y la corrosión. Por ejemplo, después del recubrimiento PVD, la tasa de oxidación de las aleaciones a base de níquel-que se imprimieron en 3D cae un 80 % a una temperatura alta de 650 grados.
Recubrimiento químico/galvanoplastia: colocación de capas de Ni-P, Ni-B y otras aleaciones para rellenar los defectos de la superficie y crear una película protectora. La aleación de níquel-fósforo no electrolítica, por ejemplo, puede reducir la densidad de corriente de corrosión del acero inoxidable en agua de mar en un 95%. Su resistencia a la corrosión es casi tan buena como la de la aleación de titanio.
La anodización es buena para producir capas gruesas de óxido sobre metales ligeros como las aleaciones de aluminio. Por ejemplo, después de un riguroso anodizado, las piezas de aleación de aluminio de las naves espaciales pueden resistir la corrosión por niebla salina durante más de 5.000 horas y tener una temperatura de fusión de 2.320 K. Esto cumple con estándares medioambientales muy altos.
3. Ejemplos de cómo la industria utiliza datos y casos.
En el campo aeroespacial, las palas de las turbinas del motor LEAP de GE Aviation utilizan impresión 3D y pulido químico para suavizar la superficie, pasando de 10 μm a 1 μm, lo que hace que el motor sea un 8% más aerodinámico. Al mismo tiempo, el tratamiento HIP elimina los poros internos, lo que extiende la vida útil de la fatiga por altas-temperaturas de 5000 a 12000 ciclos.
Implantes médicos: después del pulido electroquímico, el dispositivo de fusión intercorporal de aleación de titanio impreso en 3D-de Johnson & Johnson tiene una rugosidad superficial de 0,8 μm, una disminución del 90 % en la adhesión de Staphylococcus aureus y una tasa de éxito clínico de más del 95 %.
Ingeniería Oceánica: La tasa de corrosión de la válvula de bronce de níquel aluminio impresa en 3D fabricada por CNOOC en agua salada pasó de 0,5 mm/año a 0,05 mm/año después del revestimiento láser y el niquelado químico. La vida útil de la válvula también se multiplicó por 10.