표면 처리가 금속 3D 프린팅 부품의 내식성을 향상시킬 수 있습니까?

一, 표면처리기술의 주요부분
표면 상태는 금속 3D 프린팅 물체가 부식에 얼마나 잘 견디는지에 직접적인 영향을 미칩니다. 표면 거칠기, 작은 결함 및 구성 분리로 인해 염화물 이온 및 산성 가스와 같은 부식성 물질의 침투가 가속화됩니다. 반면, 표면 처리 방법은 다음을 수행하여 재료의 부식 저항성을 강화합니다.
결함 제거: 녹지 않은 분말 입자와 용융 풀의 중첩 흔적을 포함한 표면 결함을 제거하고 부식성 매체가 달라붙기 어렵게 만듭니다. 예를 들어 화학적 연마는 표면 돌출부를 선택적으로 용해시켜 70μm 두께의 끈적한 층을 제거할 수 있습니다. 이는 공식 부식 가능성을 크게 낮춥니다.
미세구조를 최적화한다는 것은 열처리나 표면개질 방법을 이용하여 결정립의 크기를 변화시키고 성분의 편석을 없애는 것을 의미합니다. 예를 들어, 열간 등압 성형(HIP)은 재료의 밀도를 거의 100%로 만들고 내부 기공을 제거하며 부식성 매체가 통과하기 어렵게 만듭니다.
부식성 매체로부터 금속 기판을 보호하려면 표면에 두꺼운 산화막, 합금층 또는 코팅을 구축하십시오. 예를 들어, 아노다이징은 알루미늄 합금 표면에 5~20μm 두께의 Al 2 O3 코팅을 생성할 수 있습니다. 이로 인해 염수 분무 부식에 대한 저항력이 훨씬 더 높아졌습니다.
2, 가장 일반적인 표면 처리 방법과 부식 방지에 도움이 되는 방법
1. 화학물질로 버핑하고 전기로 버핑
화학적 연마: 강력한 산화성 산성 용액(예: 염산 및 질산)을 사용하여 표면의 돌기를 선택적으로 용해하여 서브-미크론 수준에서 매끄럽게 만듭니다. 화학적 연마 후 3D 프린팅된 티타늄 합금의 표면 거칠기는 6~12μm에서 0.2~1μm로 증가합니다. 3.5% NaCl 용액의 임계 공식 온도(CPT)는 15도 올라가므로 공식 부식에 대한 저항성이 훨씬 높아집니다.
전기화학적 연마: 전해 공정을 사용하여 나노 수준의 평활함을 얻고 동시에 부동태막을 만듭니다. 예를 들어, 전기화학적 연마는 316L 스테인리스강의 표면 거칠기를 8μm에서 0.18μm로 줄이고 시뮬레이션 체액의 부식률을 90%까지 줄였습니다. 이는 의료용 임플란트의 장기간 사용에 필요한 수준입니다-.
2. 표면을 바꾸고 가열하기
열처리는 내부 장력을 없애고 결정립 구조를 개선하는 과정이다. 어닐링과 담금질이 이에 대한 두 가지 예입니다. 예를 들어, 열처리 후 항공기 엔진 터빈 블레이드의 고온 산화율은 50도 감소하고 수명은 20% 증가합니다.
표면 질화 또는 침탄: 고온에서 표면에 질소나 탄소 원자를 넣어 매우 단단하고 부식에 강한 확산층을 만드는 것입니다. 예를 들어 질화 처리 후 금형강 표면의 경도는 1000~1200HV까지 올라가며 1000시간 이상 염수 분무 부식에 견딜 수 있습니다.
3. 코팅 기술
PVD(물리적 기상 증착): TiN 및 CrN과 같은 강력한 코팅을 적용하여 마모 및 부식에 대한 저항력을 높입니다. 예를 들어, PVD 코팅 후 3D 프린팅된 니켈{1}} 기반 합금의 산화율은 650도의 고온에서 80% 감소합니다.
화학적 도금/전기 도금: Ni{0}}P, Ni{1}}B 및 기타 합금을 층층이 쌓아 표면 결함을 메우고 보호막을 만드는 것입니다. 예를 들어, 무전해 니켈 인 합금은 바닷물에서 스테인리스 강의 부식 전류 밀도를 95%까지 줄일 수 있습니다. 부식에 대한 저항성은 티타늄 합금과 거의 비슷합니다.
아노다이징은 알루미늄 합금과 같은 경금속에 두꺼운 산화물 층을 생성하는 데 적합합니다. 예를 들어, 엄격한 양극 산화 처리를 거친 우주선의 알루미늄 합금 부품은 5000시간 이상 염수 분무 부식을 견딜 수 있으며 녹는점은 2320K입니다. 이는 매우 높은 환경 기준을 충족합니다.
3, 업계에서 데이터를 활용하는 사례 및 사례
항공우주 분야에서 GE Aviation의 LEAP 엔진 터빈 블레이드는 3D 프린팅과 화학적 연마를 사용하여 표면을 10μm에서 1μm로 더 매끄럽게 만들어 엔진을 8% 더 공기역학적으로 만듭니다. 동시에 HIP 처리는 내부 기공을 제거하여-고온 피로 수명을 5000사이클에서 12000사이클로 연장합니다.
의료용 임플란트: 전기화학적 연마 후 Johnson & Johnson의 3D-프린팅 티타늄 합금 체간 융합 장치는 표면 거칠기가 0.8μm이고 황색 포도상구균 접착이 90% 감소하며 임상 성공률이 95% 이상입니다.
Ocean Engineering: CNOOC에서 제작한 3D 프린팅 니켈 알루미늄 청동 밸브의 바닷물 부식률은 레이저 클래딩 및 화학적 니켈 도금 후 0.5mm/년에서 0.05mm/년으로 증가했습니다. 밸브의 수명도 10배 늘어났습니다.