表面処理により金属 3D プリント部品の耐食性を向上させることができますか? - 知識

一、表面処理技術の要部
表面状態は、金属 3D プリントされたオブジェクトの耐腐食性に直接影響します。表面の粗さ、小さな傷、組成の偏析により、塩化物イオンや酸性ガスなどの腐食性物質の浸透が促進されます。一方、表面処理方法では、次のことを行うことで材料の耐腐食性を高めます。
欠陥の除去: 溶けていない粉末粒子や重なり合った溶融池の痕跡などの表面の欠陥を除去し、腐食性媒体が付着しにくくします。たとえば、化学研磨では、表面の突起を選択的に溶解することで、厚さ 70 μm の粘着層を除去できます。これにより、孔食の可能性が大幅に低下します。
微細構造の最適化とは、熱処理や表面改質方法を使用して粒子のサイズを変更し、成分の偏析を取り除くことを意味します。たとえば、熱間静水圧プレス (HIP) を使用すると、材料の密度をほぼ 100% にし、内部の細孔を除去し、腐食性媒体の侵入を困難にすることができます。
金属基板を腐食性媒体から保護するには、表面に厚い酸化膜、合金層、またはコーティングを構築します。たとえば、陽極酸化処理では、アルミニウム合金の表面に厚さ 5 ～ 20 μm の Al 2 O3 コーティングを作成できます。これにより、塩水噴霧腐食に対する耐性がさらに高まります。
2、最も一般的な表面処理アプローチとそれが腐食から保護する方法
1.薬品バフと電気バフ
化学研磨: 強力な酸化性の酸溶液（塩酸や硝酸など）を使用して表面の凹凸を選択的に溶解し、サブミクロンレベルで滑らかにします。-化学研磨後、3D プリントされたチタン合金の表面粗さは 6 ～ 12 μm から 0.2 ～ 1 μm になります。 3.5% NaCl 溶液の臨界孔食温度 (CPT) は 15 度上昇し、孔食に対する耐性が大幅に高まります。
電解研磨：電解プロセスを使用して、ナノスケールの平滑性を得ると同時に不動態皮膜を形成します。たとえば、電気化学研磨により、316L ステンレス鋼の表面粗さが 8 μm から 0.18 μm に減少し、模擬体液における腐食率が 90% 減少しました。これは、医療用インプラントの長期使用に必要なものです。-。
2.表面を変えて加熱する
熱処理は内部の張力を取り除き、結晶粒の構造を改善するプロセスです。焼きなましと焼き入れがこの 2 つの例です。例えば、熱処理後、航空機エンジンのタービンブレードは高温での酸化率が 50 度低下し、耐用年数が 20% 延長されます。
表面の窒化または浸炭: 高温で表面に窒素または炭素原子を入れて、非常に硬く耐腐食性の拡散層を形成します。たとえば、窒化後の金型鋼の表面の硬度は 1000 ～ 1200HV に上昇し、塩水噴霧腐食に 1000 時間以上耐えることができます。
3. コーティング技術
物理蒸着 (PVD): TiN や CrN などの強力なコーティングを施し、耐摩耗性や耐腐食性を高めます。たとえば、PVD コーティング後、3D プリントされたニッケル- ベースの合金の酸化率は 650 度の高温で 80% 低下します。
化学メッキ/電気メッキ: Ni-P、Ni-B、その他の合金の層を堆積して、表面の傷を埋め、保護膜を形成します。たとえば、無電解ニッケルリン合金は、海水中でのステンレス鋼の腐食電流密度を 95% 削減する可能性があります。耐食性はチタン合金とほぼ同等です。
陽極酸化は、アルミニウム合金などの軽金属に厚い酸化物層を生成するのに適しています。たとえば、宇宙船のアルミニウム合金部品は、厳密な陽極酸化処理を施した後、塩水噴霧腐食に 5000 時間以上耐えることができ、溶融温度は 2320K になります。これは非常に高い環境基準を満たしています。
3、業界におけるデータ活用例と事例
航空宇宙分野では、GE アビエーションの LEAP エンジンタービンブレードは 3D プリンティングと化学研磨を使用して表面を 10 μm から 1 μm に滑らかにし、エンジンの空力性能を 8% 向上させています。同時に、HIP 処理により内部の細孔が除去され、高温疲労寿命が 5,000 サイクルから 12,000 サイクルに延長されます。-
医療用インプラント: ジョンソン・エンド・ジョンソンの 3D プリントされたチタン合金椎体間固定装置は、電気化学研磨後、表面粗さが 0.8 μm になり、黄色ブドウ球菌の付着が 90% 減少し、臨床成功率が 95% 以上になりました。
海洋工学: CNOOC 製 3D プリントニッケルアルミニウムブロンズバルブの海水中での腐食速度は、レーザークラッディングと化学ニッケルメッキ後、0.5 mm/年から 0.05 mm/年に増加しました。バルブの寿命も10倍に延長しました。