هل يمكن للمعالجة السطحية تحسين مقاومة التآكل للأجزاء المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد؟

一, الجزء الرئيسي من تكنولوجيا المعالجة السطحية
تؤثر حالة السطح بشكل مباشر على مدى مقاومة الأجسام المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد للتآكل. تعمل خشونة السطح والعيوب الصغيرة والفصل التركيبي على تسريع اختراق المواد المسببة للتآكل مثل أيونات الكلوريد والغازات الحمضية. ومن ناحية أخرى فإن طرق معالجة الأسطح تجعل المواد أكثر مقاومة للتآكل عن طريق القيام بما يلي:
إزالة العيوب: تخلص من عيوب السطح بما في ذلك جزيئات المسحوق غير الذائبة والآثار المتداخلة للمسبح المنصهر، وتجعل من الصعب على الوسائط المسببة للتآكل أن تلتصق. على سبيل المثال، يمكن للتلميع الكيميائي التخلص من طبقة لزجة بسمك 70 ميكرومتر عن طريق إذابة النتوءات السطحية بشكل انتقائي. هذا يقلل بشكل كبير من احتمالية التآكل.
تحسين البنية المجهرية يعني تغيير حجم الحبوب والتخلص من فصل المكونات باستخدام طرق المعالجة الحرارية أو تعديل السطح. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الضغط المتساوي التوازن الساخن (HIP) إلى زيادة كثافة المادة إلى 100% تقريبًا، والتخلص من المسام الداخلية، وزيادة صعوبة مرور الوسائط المسببة للتآكل.
لحماية الركيزة المعدنية من الوسط المتآكل، قم ببناء طبقة أكسيد سميكة، أو طبقة من السبائك، أو طلاء على السطح. على سبيل المثال، يمكن أن تؤدي عملية الأنودة إلى إنشاء طبقة Al ₂ O3 يبلغ سمكها من 5 إلى 20 ميكرومتر على سطح سبائك الألومنيوم. وهذا يجعلها أكثر مقاومة للتآكل الناتج عن رش الملح.
2، أسلوب معالجة الأسطح الأكثر شيوعًا وكيف يساعد في الحماية من التآكل
1. التلميع بالمواد الكيميائية والتلميع بالكهرباء
التلميع الكيميائي: استخدام محاليل حمض مؤكسدة قوية (مثل حمض الهيدروكلوريك وحمض النيتريك) لإذابة النتوءات الموجودة على السطح بشكل انتقائي، مما يجعله ناعمًا عند مستوى - تحت الميكرون. بعد التلميع الكيميائي، تتراوح خشونة سطح سبائك التيتانيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد من 6-12 ميكرومتر إلى 0.2-1 ميكرومتر. ترتفع درجة حرارة التنقر الحرجة (CPT) في محلول كلوريد الصوديوم 3.5% بمقدار 15 درجة، مما يجعله أكثر مقاومة للتآكل.
التلميع الكهروكيميائي: استخدام عمليات التحليل الكهربائي للحصول على نعومة نانوية وصنع فيلم تخميل في نفس الوقت. على سبيل المثال، أدى التلميع الكهروكيميائي إلى تقليل خشونة سطح الفولاذ المقاوم للصدأ 316L من 8 ميكرومتر إلى 0.18 ميكرومتر ومعدل التآكل في سوائل الجسم المحاكاة بنسبة 90%، وهو ما تحتاجه الغرسات الطبية للاستخدام على المدى الطويل-.
2. تغيير السطح وتسخينه
المعالجة الحرارية هي عملية التخلص من التوتر الداخلي وتحسين بنية الحبوب. الصلب والتبريد هما مثالان على ذلك. على سبيل المثال، بعد المعالجة الحرارية، فإن معدل الأكسدة لشفرات توربينات محركات الطائرات عند درجات الحرارة العالية ينخفض ​​بمقدار 50 درجة، ويزداد عمر الخدمة بنسبة 20%.
نيترة أو كربنة السطح: وضع ذرات النيتروجين أو الكربون في السطح عند درجات حرارة عالية لتكوين طبقة منتشرة شديدة الصلابة ومقاومة للتآكل. على سبيل المثال، بعد النيترة، تصل صلابة سطح الفولاذ القالب إلى 1000-1200HV، ويمكنه مقاومة التآكل برذاذ الملح لأكثر من 1000 ساعة.
3. تكنولوجيا الطلاء
ترسيب البخار الفيزيائي (PVD): وضع طبقات قوية مثل TiN وCrN لجعل الأشياء أكثر مقاومة للتآكل والتآكل. على سبيل المثال، بعد طلاء PVD، ينخفض ​​معدل أكسدة السبائك القائمة على النيكل- والتي تم طباعتها بتقنية ثلاثية الأبعاد بنسبة 80% عند درجة حرارة عالية تبلغ 650 درجة.
الطلاء الكيميائي/الطلاء الكهربائي: وضع طبقات من Ni-P وNi-B وسبائك أخرى لملء عيوب السطح وعمل طبقة واقية. على سبيل المثال، يمكن لسبائك النيكل والفوسفور غير الكهربائية أن تقلل من كثافة تيار التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ في مياه البحر بنسبة 95%. مقاومتها للتآكل تكاد تكون جيدة مثل مقاومة سبائك التيتانيوم.
تعد عملية الأنودة مفيدة لإنتاج طبقات أكسيد سميكة على المعادن الخفيفة مثل سبائك الألومنيوم. على سبيل المثال، بعد الأنودة الصارمة، يمكن لأجزاء سبائك الألومنيوم من المركبات الفضائية أن تتحمل التآكل برذاذ الملح لأكثر من 5000 ساعة ولها درجة حرارة انصهار تصل إلى 2320 كلفن. وهذا يلبي معايير بيئية عالية جدًا.
3، أمثلة على كيفية استخدام الصناعة للبيانات والحالات
في مجال الطيران، تستخدم شفرات توربينات محرك LEAP من GE Aviation الطباعة ثلاثية الأبعاد والتلميع الكيميائي لجعل السطح أكثر سلاسة، حيث يتراوح من 10 ميكرومتر إلى 1 ميكرومتر، مما يجعل المحرك أكثر ديناميكية هوائية بنسبة 8٪. وفي الوقت نفسه، يتخلص علاج HIP من المسام الداخلية، مما يزيد من عمر التعب الناتج عن درجات الحرارة العالية-من 5000 إلى 12000 دورة.
الغرسات الطبية: بعد التلميع الكهروكيميائي، يتميز جهاز الدمج بين الأجسام من سبائك التيتانيوم المطبوع ثلاثي الأبعاد من جونسون آند جونسون بخشونة سطح تبلغ 0.8 ميكرومتر، وانخفاض بنسبة 90% في التصاق المكورات العنقودية الذهبية، ومعدل نجاح سريري يزيد عن 95%.
هندسة المحيطات: ارتفع معدل تآكل الصمام البرونزي المصنوع من النيكل والألومنيوم المطبوع ثلاثي الأبعاد والذي صنعته شركة CNOOC في المياه المالحة من 0.5 مم/سنة إلى 0.05 مم/سنة بعد الكسوة بالليزر والطلاء الكيميائي بالنيكل. كما تمت زيادة عمر خدمة الصمام بمقدار 10 مرات.