3D打印铝合金(SLM)腐蚀行为最新综述

选区激光熔化成形(Selective LaserMelting,简称SLM,也称为L-PBF)作为一种重要金属3D打印技术(金属增材制造技术),成形零件复杂度高, 特别适合制造具有复杂结构的精密零件(例如含有内流道或复杂栅格结构的散热器件), 在工业领域具有广泛的应用前景,被广泛用于制备铝合金、钛合金和钢铁等金属3D打印材料。

铝合金材料比强度高和耐蚀性能优异,在汽车工业和航空航天等领域已有广泛的应用,有研究表明使用SLM方法制备的铝合金材料的力学性能超过传统的铸造材料甚至到达塑性成形铝合金的水平。此外,作为综合性能的重要参考依据,腐蚀性能是零件在服役过程中的一个重要因素, 材料的耐腐蚀能力不容忽视,SLM打印铝合金的腐蚀性能研究成果将成为铝合金产品设计、材料成分调整和打印工序改进的重要参考依据。

SLM成形与传统工艺成形铝合金零件在显微组织、性能方面有着明显差异,总结目前对SLM方法打印铝合金的腐蚀性为的研究对进一步指导和推进SLM打印技术的发展具有重要意义。针对普遍关心的3D打印-选区激光熔化成型金属零件-铝合金零件的腐蚀行为,近期发表的综述论文 Corrosion Behaviorsof Selective Laser Melted Aluminum Alloys: A Review(选区激光熔化成型铝合金的腐蚀研究综述),围绕相关问题进行了系统综述,特别介绍了3D打印特有的微观组织、热处理和表面状态对腐蚀行为的影响。

成果简介

在该综述中,作者首先了介绍了SLM增材制造方法及其优缺点,然后详细总结了SLM法制备的铝合金材料的微观结构特点以及在后续热处理后微观结构的演变,及其对腐蚀行为的影响。系统总结了SLM铝合金材料在后续热处理前后的腐蚀行为,如腐蚀速率、腐蚀形貌和电化学性能(极化曲线和交流阻抗谱)。最后,指出了SLM打印铝合金在腐蚀行为研究上面临的挑战,并对未来的相关研究提供了参考建议。

图文解读

3D打印铝合金(SLM)腐蚀行为最新综述

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图一SLM打印技术的示意图,3D打印(SLM)的汽车LED大灯散热器,图片来源:Betatype (封面图片)

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表1 3D打印(SLM)铝合金腐蚀行为研究汇总

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图二SLM打印铝合金的微观结构,(a)SLM打印Al-12Si抛光后的XY面、(b)SLM打印Al-12Si抛光后的XZ面、(c)SLM打印Al-12Si抛光后XY面共晶Si网状结构、(d)SLM打印Al-12Si抛光后XY面共晶Si网状结构、(e)Al被腐蚀后的XY面共晶Si网状结构、(f)Al被腐蚀后的XZ面共晶Si网状结构

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图三SLM打印铝合金在后续热处理前后的微观结构,(a)SLM打印AlSi10Mg热处理前表面形貌、(b)SLM打印AlSi10Mg 300 ℃保温2 h热处理后的表面形貌、(c)SLM打印AlSi10Mg 400 ℃保温2 h热处理后的表面形貌

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图四 SLM打印铝合金的腐蚀速率,铸造(红线)和SLM打印(黑线)Al-12Si的腐蚀速率(表明SLM打印的铝合金具有更慢的腐蚀速率,更强的抗腐蚀能力)

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图五 SLM打印铝合金的腐蚀形貌、(a,b)铸造Al-12Si在3.5 wt. %NaCl溶液中浸泡14天后的腐蚀形貌、(c,d)SLM打印Al-12Si在3.5 wt. %NaCl溶液中浸泡14天后的腐蚀形貌

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图六 SLM打印铝合金的极化曲线、SLM打印AlSi10Mg打印表面、抛光表面和铸造样品的极化曲线

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图七、图八 SLM打印铝合金不同打印面的极化曲线、SLM打印AlSi10Mg铝合金XY和XZ面的阳极极化区极化曲线

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图九SLM打印铝合金交流阻抗谱,SLM打印和铸造AlSi10Mg的交流阻抗谱

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图十 SLM打印铝合金不同温度热处理后的腐蚀速率,SLM打印AlSi10Mg不同温度热处理后的腐蚀速率

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图十一 SLM打印铝合金不同温度热处理后的腐蚀形貌、(a,b)SLM打印AlSi10Mg热处理前的腐蚀形貌、(c,d)SLM打印AlSi10Mg 450 ℃热处理后的腐蚀形貌、(e,f)SLM打印AlSi10Mg 500 ℃热处理后的腐蚀形貌、(g,h)SLM打印AlSi10Mg 550 ℃热处理后的腐蚀形貌

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图十二 SLM打印铝合金不同温度热处理后的交流阻抗谱,(a)SLM打印AlSi10Mg热处理后的交流阻抗谱、(b)等效电路图

总结与展望

随着3D打印技术的不断发展,成熟的3D打印技术在不久的将来一定会广泛地应用于工业生产中,而SLM作为最具潜力的3D打印方法之一,在打印金属部件等方面具有重要应用空间。为了更大程度上推动3D打印技术的工业化应用进程,针对3D打印材料腐蚀性为的研究显得尤为重要。

本文中,作者总结了目前使用SLM打印技术制备的铝合金材料的腐蚀行为研究,针对热处理工艺会降低材料耐蚀性能的问题,提出探寻合适的热处理制度以在改善力学性能同时保证材料的耐蚀性能;在腐蚀行为的研究方面提出采用更多的研究方法以全面地评估材料的耐蚀性能;针对目前对SLM方法打印铝合金的腐蚀行为研究主要集中于Al-Si系合金的现状,提出在未来需要对更多种类的打印铝合金的腐蚀行为进行研究分析。

文章链接:

https://doi.org/10.3390/met10010102

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