การรักษาพื้นผิวส่งผลต่อความต้านทานการกัดกร่อนหรือไม่?

หากเคยซื้อหรือระบุการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะชิ้นส่วนต่างๆ คุณอาจเคยมีประสบการณ์เช่นนี้มาเป็นเวลานานแล้ว: ชิ้นส่วนดูสมบูรณ์แบบเมื่อออกมาจากเครื่องจักร ได้รับการอนุมัติในการตรวจสอบครั้งแรก จากนั้น - สัปดาห์หรือเดือนต่อมา - เริ่มมีจุดสนิม รูพรุน หรือการเสื่อมสภาพที่ไม่คาดคิดในสนาม

ฉันนั่งตรงข้ามโต๊ะกับวิศวกรและผู้จัดการฝ่ายจัดซื้อที่หงุดหงิดจำนวนมากซึ่งใช้เงินจำนวนมากไปกับ SLM 3D Printing Metal เพียงเพื่อดูชิ้นส่วนที่ล้มเหลว-การทดสอบสเปรย์เกลือหรือ-การสัมผัสโลกจริง ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยที่สุดที่ฉันได้ยิน? "เป็นสแตนเลส - ไม่น่าจะเกิดสนิม"

นี่คือความจริงจากผู้ที่เคยเห็นโครงการเหล่านี้หลายร้อยโครงการ: การรักษาพื้นผิวมักจะมีความแตกต่างระหว่างชิ้นส่วนที่มีอายุการใช้งานหลายปีกับชิ้นส่วนที่เสียหายภายในเวลาหลายเดือน ในโลหะการพิมพ์ 3 มิติ SLMพื้นผิวที่พิมพ์ไว้-ถือเป็นช่องโหว่ที่ใหญ่ที่สุดของคุณ วันนี้ฉันจะมาเปิดม่านว่าทำไมถึงเป็นเช่นนั้น และคุณสามารถทำอะไรได้บ้าง

ภูมิศาสตร์พื้นผิวที่เป็นเอกลักษณ์ของโลหะการพิมพ์ 3 มิติ SLM

ต่างจากเครื่องจักร CNC ที่จะตัดวัสดุออกอย่างหมดจด SLM สร้างชิ้นส่วนจากผงทีละชั้น แต่ละชั้นถูกละลายด้วยเลเซอร์ และผลลัพธ์ที่ได้คือพื้นผิวที่เต็มไปด้วยอนุภาคผงที่ละลายบางส่วน เส้นชั้น และหุบเขาขนาดเล็กมาก - ซึ่งเป็น "เอฟเฟกต์บันได" แบบคลาสสิก

โดยทั่วไปแล้วค่า Ra- ที่พิมพ์ไว้จะอยู่ในช่วง 8–25 μm ซึ่งบางครั้งอาจสูงกว่านี้-บนพื้นผิวที่หันลง นั่นไม่ใช่แค่ "หยาบ" - เท่านั้น แต่ยังเป็นภูมิทัศน์ของรอยแยกเล็กๆ และอนุภาคหลวมที่ทำหน้าที่เหมือนแม่เหล็กดูดความชื้น คลอไรด์ และสิ่งปนเปื้อน คุณลักษณะเหล่านี้เปลี่ยนโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อน-ตามทฤษฎีให้เป็นชิ้นส่วนที่สึกกร่อนเร็วกว่าที่คาดไว้

อนุภาคผงที่ละลายบางส่วนเป็นปัญหาอย่างยิ่ง พวกมันสร้างเซลล์กัลวานิกและดักจับอิเล็กโทรไลต์ เพื่อเร่งการกัดกร่อนเฉพาะจุด นี่คือสาเหตุที่ลูกค้าจำนวนมากที่ข้ามการตกแต่งพื้นผิวที่เหมาะสมมักประสบความล้มเหลวก่อนเวลาอันควร แม้ว่าจะใช้ผงระดับพรีเมียมก็ตาม

ความหยาบของพื้นผิวทำให้เกิดการกัดกร่อนได้อย่างไร

การกัดกร่อนในส่วน SLM มักจะแสดงออกมาในสองรูปแบบหลัก:

การกัดกร่อนตามรอยแยก: ช่องว่างและหุบเขาเล็กๆ ดักจับของเหลวนิ่ง ระดับออกซิเจนจะลดลงภายในรอยแยกในขณะที่บริเวณโดยรอบยังคงมีออกซิเจนอยู่ ทำให้เกิดแบตเตอรี่ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและกัดกินเข้าไปในโลหะ

การกัดกร่อนแบบบ่อ: หุบเขาลึกเพียงแห่งเดียวหรืออนุภาคที่ฝังอยู่จะกลายเป็นจุดเริ่มต้น เมื่อชั้นพาสซีฟออกไซด์ถูกทำลาย หลุมจะขยายตัวอย่างรวดเร็ว ซึ่งมักจะนำไปสู่ความล้มเหลวของโครงสร้างเป็นเวลานานก่อนที่ส่วนที่เหลือของชิ้นส่วนจะแสดงความเสียหายที่มองเห็นได้

ยิ่งพื้นผิวเรียบมาก ชั้นพาสซีฟออกไซด์ก็จะมีความสม่ำเสมอและเสถียรมากขึ้น (Cr₂O₃ บนสเตนเลส, TiO₂ บนไททาเนียม) พื้นผิวที่ขรุขระจะขัดขวางชั้นนี้และเป็นจุดเริ่มต้นในการโจมตีนับไม่ถ้วน

ข้อมูลเชิงปริมาณ(ค่าเฉลี่ยการทดสอบทั่วโลก-จริง):

ศักยภาพในการเจาะที่สูงขึ้น=ความต้านทานดีขึ้นมาก ข้อมูลไม่ได้อยู่ที่ - การตกแต่งพื้นผิวสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการกัดกร่อนตามลำดับความสำคัญ

โลหะผสมทั้งหมดไม่ทำปฏิกิริยาเหมือนกัน

เหล็กกล้าไร้สนิม 316L ตัวเลือกที่พบบ่อยที่สุดสำหรับบริการพิมพ์ 3D โลหะขายส่งในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน มันอาศัยชั้นพาสซีฟที่อุดมไปด้วยโครเมียม-อย่างมาก ดังที่-พิมพ์ไว้ 316L มีความเสี่ยงเป็นพิเศษเนื่องจากการหลอมละลายและการเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วอาจทำให้เกิดการแยกตัวระดับจุลภาคและออกไซด์ของพื้นผิวได้ การขัดเงาด้วยไฟฟ้าอย่างเหมาะสมไม่เพียงแต่ทำให้พื้นผิวเรียบขึ้นเท่านั้น แต่ยังเพิ่มปริมาณโครเมียมที่พื้นผิวอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก

ไทเทเนียม (Ti-6Al-4V) ต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมตามธรรมชาติด้วยชั้น TiO₂ ที่เสถียร อย่างไรก็ตาม ไทเทเนียมตามที่พิมพ์ยังคงมีตัวเรือนอัลฟ่าและอนุภาคที่เกาะติดอย่างหลวมๆ ซึ่งต้องถอดออก ในการใช้งานทางทะเลหรือทางเคมี แม้แต่ไทเทเนียมก็ได้รับประโยชน์จากการปรับสภาพพื้นผิวแบบกำหนดเป้าหมาย

ซูเปอร์อัลลอยที่มีนิกเกิล- (IN718, IN625) ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง-และมีการกัดกร่อนสูง พวกมันให้อภัยได้มากกว่าสเตนเลส แต่ยังคงประสบปัญหาออกไซด์ของพื้นผิวและการแยกองค์ประกอบ การอบชุบด้วยความร้อน + การตกแต่งขั้นสุดท้ายไม่สามารถ-ต่อรองได้เพื่อความทนทานในระยะยาว-

ผู้ให้บริการการพิมพ์ SLM 3D แบบกำหนดเองที่ดีจะเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ และปรับแต่งทั้งพารามิเตอร์การพิมพ์และหลังการประมวลผล-ให้สอดคล้องกัน

การรักษาพื้นผิวที่จำเป็นเพื่อหยุดการกัดกร่อน

นี่คือสิ่งที่ใช้งานได้จริงในทางปฏิบัติ:

การขัดเชิงกลและการพ่นทราย ขั้นตอนแรกที่ดีในการขจัดแป้งฝุ่นและลดความหยาบกร้าน ไม่เพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

การขัดเงาด้วยไฟฟ้า มาตรฐานทองคำสำหรับชิ้นส่วน SLM ที่ซับซ้อน โดยจะขจัดจุดสูงสุด ลบคม และเพิ่มเลเยอร์แบบพาสซีฟไปพร้อมๆ กัน เหมาะสำหรับช่องทางภายในที่วิธีอื่นไม่สามารถเข้าถึงได้

การทู่ด้วยสารเคมีช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งให้กับฟิล์มป้องกันออกไซด์หลังจากการทำให้เรียบ

การอบชุบด้วยความร้อน มักถูกมองข้ามว่าเป็นเครื่องมือในการกัดกร่อน แต่การหลอมบรรเทาความเครียดจะช่วยลดไมโคร-เซลล์กัลวานิกที่เกิดจากความเค้นตกค้าง

โรงงานการพิมพ์ 3 มิติโลหะอุตสาหกรรมที่ดีที่สุดจะรวมขั้นตอนเหล่านี้เข้ากับผังกระบวนการที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว แทนที่จะถือว่าขั้นตอนเหล่านี้เป็นส่วนเสริม-

เรื่องจริง-สถานการณ์โลก

ตัวเรือนและวาล์วเซ็นเซอร์นอกชายฝั่งของอุตสาหกรรมทางทะเลพิมพ์ด้วย 316L เนื่องจาก-ชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมาไม่ผ่านการทดสอบเกลือ-ในเวลาไม่ถึง 100 ชั่วโมง หลังจากการขัดเงาด้วยไฟฟ้า + ฟิล์มทู่ การออกแบบเดียวกันนี้ใช้เวลาเกิน 1,000 ชั่วโมงโดยเกิดรูพรุนน้อยที่สุด

การปลูกถ่ายทางการแพทย์ พื้นผิวที่หยาบกร้านมีเจตนาใช้ในบริเวณที่กระดูก-สัมผัสกันเพื่อการรวมตัวของกระดูก แต่พื้นผิวอื่นๆ ทั้งหมดจะต้องเรียบ การตกแต่งที่ไม่ดีที่นี่นำไปสู่การปล่อยไอออนและการอักเสบ

กรดแปรรูปทางเคมี-ท่อร่วมจัดการ พื้นผิวภายในที่เรียบลื่นถือเป็นสิ่งสำคัญ - แม้แต่หลุมเล็กๆ ก็สามารถนำไปสู่การรั่วไหลและความเสียหายร้ายแรงได้

การเปรียบเทียบต้นทุน: หลัง-การประมวลผลกับการเปลี่ยนชิ้นส่วน

การตกแต่งขั้นสุดท้ายอาจเพิ่มราคาชิ้นส่วน 20–40% แต่การข้ามขั้นตอนนี้มักจะมีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น 5–10 เท่า เมื่อคุณคำนึงถึงความล้มเหลวในการทดสอบ การเปลี่ยนภาคสนาม เวลาหยุดทำงาน และความรับผิดที่อาจเกิดขึ้น ลูกค้าในภาคการเดินเรือลดอัตราการเปลี่ยนทดแทนต่อปีลง 65% หลังจากใช้โปรโตคอลพื้นผิวที่เหมาะสม

คำถามที่พบบ่อย

ฉันสามารถใช้ชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์แบบ 3D ในน้ำทะเลโดยไม่ต้องขัดเงาได้หรือไม่

โดยทั่วไปไม่มี แม้แต่ไททาเนียมก็ยังได้ประโยชน์จากการตกแต่งที่เหมาะสม-เมื่อสัมผัสกับทะเลในระยะยาว

การพ่นทรายช่วยเพิ่มหรือลดความต้านทานการกัดกร่อนหรือไม่?

ช่วยเป็นขั้นตอนเบื้องต้นด้วยการเอาอนุภาคที่หลวมออก แต่โดยปกติแล้วจะไม่เพียงพอ ต้องตามด้วยการขัดหรือทู่

ค่า Ra ในอุดมคติสำหรับชิ้นส่วน 316L{0}}ที่ทนต่อการกัดกร่อนคืออะไร

Ra 0.2–0.4 μm สำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่สุด ต่ำกว่า 0.8 μm คือค่าต่ำสุดโดยทั่วไปสำหรับประสิทธิภาพที่ดี

เหตุใดชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3D ของฉันจึงมี "จุดสนิม" แม้ว่าจะทำจากไททาเนียมก็ตาม

มักเกิดจากการปนเปื้อนบนพื้นผิว ผงที่ฝังตัว หรือกรณีอัลฟ่า การทำความสะอาดและการแกะสลักอย่างเหมาะสมจะช่วยแก้ปัญหานี้ได้

การรักษาพื้นผิวใน SLM 3D Printing Metal ไม่ใช่สิ่งเสริมความงาม - แต่เป็นหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่กำหนด-ความทนทานของโลกที่แท้จริง ความแตกต่างระหว่างชิ้นส่วนที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลาหลายปีกับชิ้นส่วนที่เสียหายก่อนเวลาอันควรมักขึ้นอยู่กับการเตรียมพื้นผิวที่ดีเพียงใด

หากคุณกำลังจัดหาบริการการพิมพ์ 3 มิติโลหะขายส่ง หรือทำงานร่วมกับโรงงานการพิมพ์ 3 มิติโลหะอุตสาหกรรม ให้การตกแต่งพื้นผิวเป็นส่วนหนึ่งของการสนทนาตั้งแต่วันแรก ถามเกี่ยวกับผังกระบวนการ ข้อมูลการตรวจสอบ และประสบการณ์เกี่ยวกับสภาพแวดล้อมเฉพาะของคุณ

ผู้ผลิตการพิมพ์ 3 มิติโลหะที่เหมาะสมไม่เพียงแค่พิมพ์ชิ้นส่วนของคุณ - เท่านั้น แต่ยังจัดส่งชิ้นส่วนที่ทนทานต่อสภาวะที่คุณเผชิญอีกด้วย

ต้องการความช่วยเหลือในการประเมินซัพพลายเออร์ปัจจุบันของคุณหรือเพิ่มประสิทธิภาพการรักษาพื้นผิวสำหรับโครงการต่อไปของคุณหรือไม่? รู้สึกอิสระที่จะติดต่อเรา หลังจากพบกรณีเหล่านี้หลายร้อยกรณี ฉันมักจะมองเห็นความเสี่ยงที่ซ่อนอยู่ได้อย่างรวดเร็ว - และที่สำคัญกว่านั้น แสดงให้คุณเห็นวิธีแก้ปัญหาก่อนที่จะกลายเป็นปัญหาราคาแพง