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Dans un article récent publié dans la revue Additive Manufacturing Letters, les chercheurs discutent de l'utilité des projections d'acier inoxydable gravées chimiquement pour prolonger la durée de vie de la poudre dans la fabrication additive.
Recherche : Prolonger la durée de vie des poudres dans la fabrication additive : gravure chimique des projections d'acier inoxydable. Crédit image : MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
Les particules d'éclaboussures de fusion laser sur lit de poudre métallique (LPBF) sont produites par des gouttelettes en fusion expulsées du bain de fusion ou par des particules de poudre chauffées à proximité ou au-dessus du point de fusion lorsqu'elles traversent le faisceau laser.
Malgré l'utilisation d'un environnement inerte, la forte réactivité du métal à proximité de sa température de fusion favorise l'oxydation. Bien que les particules de projection éjectées pendant le LPBF fondent au moins brièvement à la surface, la diffusion d'éléments volatils vers la surface est susceptible de se produire, et ces éléments ayant une forte affinité pour l'oxygène produisent d'épaisses couches d'oxyde.
Étant donné que la pression partielle d'oxygène dans le LPBF est généralement plus élevée que celle dans l'atomisation au gaz, la possibilité de liaison avec l'oxygène est augmentée.
Les projections d'acier inoxydable et d'alliages à base de nickel sont connues pour s'oxyder rapidement, formant des îlots pouvant atteindre plusieurs mètres d'épaisseur. De plus, les aciers inoxydables et les alliages à base de nickel, tels que ceux qui produisent des projections d'oxyde de type îlot, sont des matériaux plus couramment usinés dans le LPBF, et l'application de cette méthode à des projections métalliques LPBF plus typiques permet de démontrer que le renouvellement chimique est essentiel pour la poudre de la manière habituelle.
(a) Image MEB de particules de projections d'acier inoxydable, (b) méthode expérimentale de gravure chimique thermique, (c) traitement LPBF de particules de projections désoxydées. Crédit image : Murray, J. W, et al., Additive Manufacturing Letters
Dans cette étude, les auteurs ont utilisé une nouvelle technique de gravure chimique pour éliminer les oxydes de la surface des poudres d'éclaboussures d'acier inoxydable oxydées. La dissolution du métal autour et sous les îlots d'oxyde sur la poudre est utilisée comme mécanisme principal d'élimination des oxydes, ce qui permet une élimination plus agressive des oxydes. Les poudres d'éclaboussures, de gravure et vierges ont été tamisées dans la même gamme de tailles de poudre pour le traitement LPBF.
L'équipe a montré comment éliminer les oxydes des particules de projections d'acier inoxydable, en particulier celles qui ont été isolées à l'aide de techniques chimiques pour former des îlots d'oxydes riches en Si et en Mn sur la surface de la poudre. 316 L de projections ont été collectées à partir du lit de poudre des impressions LPBF et gravées chimiquement par immersion. Après avoir criblé toutes les particules dans la même gamme de taille, LPBF les traite en un seul passage avec des projections gravées optimisées et de l'acier inoxydable vierge.
Les chercheurs ont examiné la température ainsi que deux agents de gravure différents pour acier inoxydable. Après avoir été criblés dans la même gamme de tailles, des pistes simples LPBF ont été créées en utilisant des poudres vierges similaires, des poudres d'éclaboussures et des poudres d'éclaboussures gravées efficacement.
Traces LPBF individuelles générées à partir de projections, de projections de gravure et de poudre vierge. L'image à fort grossissement montre que la couche d'oxyde présente sur la piste pulvérisée est éliminée sur la piste pulvérisée gravée. La poudre d'origine a montré que certains oxydes étaient encore présents. Crédit image : Murray, J. W, et al., Additive Manufacturing Letters
La couverture de la zone d'oxyde sur la poudre d'éclaboussure en acier inoxydable 316L a diminué d'un facteur 10, passant de 7 % à 0,7 % après que le réactif de Ralph a été chauffé à 65 °C dans un bain-marie pendant 1 heure. En cartographiant la grande zone, les données EDX ont montré une réduction des niveaux d'oxygène de 13,5 % à 4,5 %.
Les projections gravées ont un revêtement de scories d'oxyde inférieur sur la surface de la piste par rapport aux projections. De plus, la gravure chimique de la poudre augmente l'assimilation de la poudre sur la piste. La gravure chimique a le potentiel d'améliorer la réutilisabilité et la durabilité des projections ou des poudres à usage de masse fabriquées à partir de poudres d'acier inoxydable largement utilisées et résistantes à la corrosion.
Sur toute la gamme de tailles de tamis de 45 à 63 µm, les particules agglomérées restantes dans les poudres de projection gravées et non gravées expliquent pourquoi les volumes de traces des poudres gravées et éclaboussées sont similaires, tandis que les volumes des poudres d'origine sont environ 50 % plus grands. Il a été observé que les poudres agglomérées ou formant des satellites affectent la densité apparente et donc le volume.
Les projections gravées présentent un revêtement de scories d'oxyde inférieur sur la surface de la piste par rapport aux projections. Lorsque les oxydes sont éliminés chimiquement, les poudres semi-liées et nues démontrent des preuves d'une meilleure liaison des oxydes réduits, ce qui est attribué à une meilleure mouillabilité.
Schéma illustrant les avantages du traitement LPBF lors de l'élimination chimique des oxydes de la poudre projetée dans les systèmes en acier inoxydable. Une excellente mouillabilité est obtenue en éliminant les oxydes. Crédit image : Murray, J. W, et al., Additive Manufacturing Letters
En résumé, cette étude a utilisé une procédure de gravure chimique pour régénérer chimiquement des poudres d'éclaboussures d'acier inoxydable hautement oxydées par immersion dans le réactif de Ralph, une solution de chlorure ferrique et de chlorure cuivrique dans de l'acide chlorhydrique. Il a été observé que l'immersion dans la solution de gravure chauffée de Ralph pendant 1 heure entraînait une réduction de 10 fois de la couverture de la zone d'oxyde sur la poudre éclaboussée.
Les auteurs estiment que la gravure chimique a le potentiel d'être améliorée et utilisée à plus grande échelle pour renouveler plusieurs particules de projections réutilisées ou poudres LPBF, augmentant ainsi la valeur des matériaux coûteux à base de poudre.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. Prolongation de la durée de vie de la poudre dans la fabrication additive : gravure chimique des projections d'acier inoxydable. Additive Manufacturing Letters 100057 (2022). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000317
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Surbhi Jain est une rédactrice technique indépendante basée à Delhi, en Inde. Elle est titulaire d'un doctorat en physique de l'Université de Delhi et a participé à un certain nombre d'activités scientifiques, culturelles et sportives. Sa formation universitaire est en recherche en science des matériaux, spécialisée dans le développement de dispositifs optiques et de capteurs. Elle possède une vaste expérience dans la rédaction de contenu, l'édition, l'analyse de données expérimentales et la gestion de projets, et a publié 7 articles de recherche dans des revues indexées Scopus et déposé 2 brevets indiens basés sur ses travaux de recherche. Passionnée de lecture, d'écriture, de recherche et de technologie, elle aime cuisiner, jouer la comédie, jardiner et faire du sport.
Jaïnisme, Subi.(24 mai 2022).Une nouvelle méthode de gravure chimique élimine les oxydes de la poudre d'éclaboussure d'acier inoxydable oxydé.AZOM.Récupéré le 21 juillet 2022 sur https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
Jaïnisme, Subi. « Nouvelle méthode de gravure chimique pour éliminer les oxydes de la poudre d'acier inoxydable oxydée ». AZOM. 21 juillet 2022.
Jaïnisme, Subi. « Nouvelle méthode de gravure chimique pour éliminer les oxydes de la poudre d’acier inoxydable oxydée ». AZOM. https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143. (Consulté le 21 juillet 2022).
Jainism, Subi.2022. Nouvelle méthode de gravure chimique pour éliminer les oxydes de la poudre d'acier inoxydable oxydée.AZoM, consulté le 21 juillet 2022, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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