Le traitement de surface peut-il améliorer la résistance à la corrosion des pièces métalliques imprimées en 3D ?

一, La partie principale de la technologie de traitement de surface
L’état de la surface a un effet direct sur la résistance à la corrosion des objets métalliques imprimés en 3D. La rugosité de la surface, les minuscules défauts et la ségrégation de la composition accélèrent la pénétration des substances corrosives comme les ions chlorure et les gaz acides. D’autre part, les méthodes de traitement de surface rendent les matériaux plus résistants à la corrosion en procédant comme suit :
Élimination des défauts : éliminez les défauts de surface, notamment les particules de poudre non fondues et les traces superposées du bain de fusion, et rendez plus difficile l'adhérence des produits corrosifs. Le polissage chimique, par exemple, peut éliminer une couche collante de 70 µm d’épaisseur en dissolvant sélectivement les saillies de surface. Cela réduit considérablement le risque de corrosion par piqûre.
Optimiser la microstructure signifie modifier la taille des grains et supprimer la ségrégation des composants en utilisant des méthodes de traitement thermique ou de modification de surface. Par exemple, le pressage isostatique à chaud (HIP) peut rendre la densité d'un matériau presque à 100 %, éliminer les pores internes et rendre plus difficile le passage des fluides corrosifs.
Pour protéger le substrat métallique du milieu corrosif, créez un épais film d'oxyde, une couche d'alliage ou un revêtement sur la surface. Par exemple, l'anodisation peut créer un revêtement Al ₂ O3 d'une épaisseur de 5 à 20 µm sur la surface des alliages d'aluminium. Cela les rend beaucoup plus résistants à la corrosion par brouillard salin.
2, L'approche de traitement de surface la plus courante et comment elle aide à protéger contre la corrosion
1. polissage avec des produits chimiques et polissage à l'électricité
Polissage chimique : utilisation de solutions acides oxydantes puissantes (telles que l'acide chlorhydrique et l'acide nitrique) pour dissoudre sélectivement les bosses sur la surface, la rendant ainsi lisse au niveau inférieur-micronique. Après polissage chimique, la rugosité de surface de l’alliage de titane imprimé en 3D passe de 6 à 12 μm à 0,2 à 1 μm. La température critique de piqûre (CPT) dans une solution de NaCl à 3,5 % augmente de 15 degrés, ce qui la rend beaucoup plus résistante à la corrosion par piqûre.
Polissage électrochimique : utilisation de processus électrolytiques pour obtenir une douceur à l'échelle nanométrique et créer en même temps un film de passivation. Par exemple, le polissage électrochimique a réduit la rugosité de surface de l'acier inoxydable 316L de 8 μm à 0,18 μm et le taux de corrosion dans les fluides corporels simulés de 90 %, ce dont les implants médicaux ont besoin pour une utilisation à long terme-.
2. Changer la surface et la réchauffer
Le traitement thermique est le processus consistant à éliminer les tensions internes et à améliorer la structure du grain. Le recuit et la trempe en sont deux exemples. Par exemple, après un traitement thermique, le taux d'oxydation des aubes de turbine de moteurs d'avion à haute température diminue de 50 degrés et leur durée de vie augmente de 20 %.
Nitruration ou cémentation de la surface : introduction d'atomes d'azote ou de carbone dans la surface à haute température pour créer une couche de diffusion très dure et résistante à la corrosion. Par exemple, après nitruration, la dureté de la surface de l'acier du moule atteint 1 000 à 1 200 HV et peut résister à la corrosion par brouillard salin pendant plus de 1 000 heures.
3. Technologie de revêtement
Dépôt physique en phase vapeur (PVD) : application de revêtements résistants comme TiN et CrN pour rendre les objets plus résistants à l'usure et à la corrosion. Par exemple, après un revêtement PVD, le taux d'oxydation des alliages à base de nickel-imprimés en 3D diminue de 80 % à une température élevée de 650 degrés.
Placage chimique/galvanoplastie : application de couches de Ni-P, Ni-B et d'autres alliages pour combler les défauts de surface et créer un film protecteur. L’alliage autocatalytique de nickel et de phosphore, par exemple, peut réduire de 95 % la densité du courant de corrosion de l’acier inoxydable dans l’eau de mer. Sa résistance à la corrosion est presque aussi bonne que celle de l’alliage de titane.
L'anodisation est idéale pour produire des couches d'oxyde épaisses sur des métaux légers comme les alliages d'aluminium. Par exemple, après une anodisation rigoureuse, les pièces en alliage d’aluminium des engins spatiaux peuvent résister à la corrosion par brouillard salin pendant plus de 5 000 heures et avoir une température de fusion de 2 320 K. Cela répond à des normes environnementales très élevées.
3, Exemples de la manière dont l'industrie utilise les données et les cas
Dans le domaine aérospatial, les aubes de turbine du moteur LEAP de GE Aviation utilisent l'impression 3D et le polissage chimique pour rendre la surface plus lisse, passant de 10 μm à 1 μm, rendant ainsi le moteur 8 % plus aérodynamique. Dans le même temps, le traitement HIP élimine les pores intérieurs, ce qui prolonge la durée de vie en fatigue à haute température de 5 000 à 12 000 cycles.
Implants médicaux : après polissage électrochimique, le dispositif de fusion intersomatique en alliage de titane imprimé en 3D de Johnson & Johnson présente une rugosité de surface de 0,8 μm, une diminution de 90 % de l'adhésion de Staphylococcus aureus et un taux de réussite clinique de plus de 95 %.
Ingénierie océanique : Le taux de corrosion de la vanne en bronze nickel-aluminium imprimée en 3D fabriquée par CNOOC dans l'eau salée est passée de 0,5 mm/an à 0,05 mm/an après revêtement laser et nickelage chimique. La durée de vie de la vanne a également été multipliée par 10.