การรักษาพื้นผิวสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ 3D ได้หรือไม่

一 ส่วนหลักของเทคโนโลยีการรักษาพื้นผิว
สภาพพื้นผิวมีผลโดยตรงต่อความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนของวัตถุที่พิมพ์ด้วยโลหะ 3 มิติ ความหยาบของพื้นผิว ตำหนิเล็กๆ น้อยๆ และการแยกส่วนองค์ประกอบช่วยเพิ่มความเร็วในการแทรกซึมของสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อน เช่น คลอไรด์ไอออนและก๊าซที่เป็นกรด ในทางกลับกัน วิธีการปรับสภาพพื้นผิวจะทำให้วัสดุทนทานต่อการกัดกร่อนได้มากขึ้นโดยทำดังนี้:
การกำจัดข้อบกพร่อง: กำจัดข้อบกพร่องบนพื้นผิว รวมถึงอนุภาคผงที่ไม่ละลาย และร่องรอยที่ทับซ้อนกันของสระหลอมเหลว และทำให้สารที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเกาะติดได้ยากขึ้น ตัวอย่างเช่น การขัดเงาด้วยสารเคมีสามารถกำจัดชั้นเหนียวที่มีความหนา 70 μm ได้ด้วยการเลือกละลายส่วนที่ยื่นออกมาของพื้นผิว ซึ่งช่วยลดโอกาสที่จะเกิดการกัดกร่อนแบบรูพรุนได้อย่างมาก
การปรับโครงสร้างจุลภาคให้เหมาะสมหมายถึงการเปลี่ยนขนาดของเกรนและกำจัดการแยกส่วนประกอบโดยใช้วิธีการอบชุบหรือการปรับเปลี่ยนพื้นผิว ตัวอย่างเช่น การกดแบบไอโซสแตติกแบบร้อน (HIP) สามารถทำให้ความหนาแน่นของวัสดุเกือบ 100% กำจัดรูพรุนภายใน และทำให้ตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนทะลุผ่านได้ยากขึ้น
เพื่อปกป้องพื้นผิวโลหะจากตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ให้สร้างฟิล์มออกไซด์หนา ชั้นโลหะผสม หรือเคลือบบนพื้นผิว ตัวอย่างเช่น การอโนไดซ์สามารถสร้างการเคลือบ Al ₂ O3 ที่มีความหนา 5 ถึง 20 μm บนพื้นผิวของโลหะผสมอะลูมิเนียม ทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนของสเปรย์เกลือได้มากขึ้น
2 วิธีการรักษาพื้นผิวที่พบบ่อยที่สุดและวิธีช่วยป้องกันการกัดกร่อน
1.ขัดด้วยสารเคมีและขัดด้วยไฟฟ้า
การขัดเงาด้วยสารเคมี: ใช้สารละลายกรดออกซิไดซ์อันทรงพลัง (เช่น กรดไฮโดรคลอริกและกรดไนตริก) เพื่อละลายรอยนูนบนพื้นผิวอย่างเฉพาะเจาะจง ทำให้เรียบที่ระดับย่อย-ไมครอน หลังจากการขัดเงาด้วยสารเคมี ความหยาบพื้นผิวของโลหะผสมไททาเนียมที่พิมพ์ด้วย 3D จะเปลี่ยนจาก 6–12 μm เป็น 0.2–1 μm อุณหภูมิจุดวิกฤต (CPT) ในสารละลาย NaCl 3.5% จะเพิ่มขึ้น 15 องศา ซึ่งทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุนได้มากขึ้น
การขัดด้วยเคมีไฟฟ้า: การใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลต์เพื่อให้ได้ความเรียบระดับนาโนและสร้างฟิล์มทู่ในเวลาเดียวกัน ตัวอย่างเช่น การขัดเงาด้วยเคมีไฟฟ้าช่วยลดความหยาบผิวของสแตนเลส 316L จาก 8 μm เป็น 0.18 μm และอัตราการกัดกร่อนในของเหลวในร่างกายจำลองได้ถึง 90% ซึ่งเป็นสิ่งที่การปลูกถ่ายทางการแพทย์จำเป็นต้องใช้ในระยะยาว-
2. เปลี่ยนพื้นผิวและให้ความร้อนขึ้น
การอบชุบด้วยความร้อนเป็นกระบวนการกำจัดความตึงเครียดภายในและปรับปรุงโครงสร้างของเกรน การหลอมและการชุบแข็งเป็นสองตัวอย่างในเรื่องนี้ ตัวอย่างเช่น หลังจากการบำบัดความร้อน อัตราการเกิดออกซิเดชันของใบพัดกังหันของเครื่องยนต์เครื่องบินที่อุณหภูมิสูงจะลดลง 50 องศา และอายุการใช้งานเพิ่มขึ้น 20%
การทำไนไตรดิ้งหรือคาร์บูไรซิ่งที่พื้นผิว: การใส่ไนโตรเจนหรืออะตอมของคาร์บอนลงบนพื้นผิวที่อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างชั้นการแพร่กระจายที่แข็งมากและทนทานต่อการกัดกร่อน ตัวอย่างเช่น หลังจากไนไตรด์ ความแข็งของพื้นผิวเหล็กแม่พิมพ์จะสูงถึง 1,000–1200HV และสามารถต้านทานการกัดกร่อนของสเปรย์เกลือได้นานกว่า 1,000 ชั่วโมง
3.เทคโนโลยีการเคลือบ
การสะสมไอทางกายภาพ (PVD): การเคลือบผิวที่แข็งแกร่ง เช่น TiN และ CrN เพื่อให้สิ่งต่าง ๆ ทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น หลังจากการเคลือบ PVD อัตราออกซิเดชันของโลหะผสมที่มีนิกเกิล-ซึ่งพิมพ์ด้วย 3D จะลดลง 80% ที่อุณหภูมิสูงถึง 650 องศา
การชุบด้วยสารเคมี/การชุบด้วยไฟฟ้า: การลงชั้นของ Ni-P, Ni-B และโลหะผสมอื่นๆ เพื่อเติมเต็มข้อบกพร่องบนพื้นผิวและสร้างฟิล์มป้องกัน ตัวอย่างเช่น โลหะผสมนิกเกิลฟอสฟอรัสที่ไม่ใช้ไฟฟ้าอาจลดความหนาแน่นกระแสการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมในน้ำทะเลได้ 95% ความต้านทานต่อการกัดกร่อนเกือบจะดีเท่ากับความต้านทานของโลหะผสมไททาเนียม
อโนไดซ์เป็นสิ่งที่ดีสำหรับการผลิตชั้นออกไซด์หนาบนโลหะเบา เช่น โลหะผสมอลูมิเนียม ตัวอย่างเช่น หลังจากการชุบอโนไดซ์อย่างเข้มงวด ชิ้นส่วนอลูมิเนียมอัลลอยด์ของยานอวกาศสามารถทนต่อการกัดกร่อนของสเปรย์เกลือได้นานกว่า 5,000 ชั่วโมง และมีอุณหภูมิหลอมเหลวที่ 2,320K เป็นไปตามมาตรฐานด้านสิ่งแวดล้อมที่สูงมาก
3 ตัวอย่างวิธีที่อุตสาหกรรมใช้ข้อมูลและกรณีต่างๆ
ในด้านการบินและอวกาศ ใบพัดกังหันของเครื่องยนต์ LEAP ของ GE Aviation ใช้การพิมพ์ 3 มิติและการขัดเงาด้วยสารเคมีเพื่อทำให้พื้นผิวเรียบขึ้น ตั้งแต่ 10 μm ถึง 1 μm ส่งผลให้เครื่องยนต์มีอากาศพลศาสตร์มากขึ้น 8% ในเวลาเดียวกัน การรักษาด้วย HIP จะกำจัดรูขุมขนภายใน ซึ่งช่วยยืดอายุความเหนื่อยล้าที่อุณหภูมิสูงจาก 5,000 เป็น 12,000 รอบ
การปลูกถ่ายทางการแพทย์: หลังจากการขัดด้วยเคมีไฟฟ้า อุปกรณ์ฟิวชันโลหะผสมไททาเนียมที่พิมพ์ด้วย 3D- ของ Johnson & Johnson มีความหยาบของพื้นผิว 0.8 μm การยึดเกาะของ Staphylococcus aureus ลดลง 90% และมีอัตราความสำเร็จทางคลินิกมากกว่า 95%
วิศวกรรมมหาสมุทร: อัตราการกัดกร่อนของวาล์วนิกเกิลอลูมิเนียมบรอนซ์ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ผลิตโดย CNOOC ในน้ำเค็มเปลี่ยนจาก 0.5 มม./ปี เป็น 0.05 มม./ปี หลังจากการหุ้มด้วยเลเซอร์และการชุบนิกเกิลด้วยสารเคมี อายุการใช้งานของวาล์วก็เพิ่มขึ้น 10 เท่าเช่นกัน