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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 de la poudre dans la fabrication additive : Gravure chimique des éclaboussures d'acier inoxydable. Crédit d'image : MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
Les particules d'éclaboussures de fusion de lit de poudre laser métallique (LPBF) sont produites par des gouttelettes fondues expulsées du bain de fusion ou 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 réactivité élevée du métal près de sa température de fusion favorise l'oxydation. Bien que les particules de projections éjectées pendant le LPBF fondent au moins brièvement à la surface, une diffusion d'éléments volatils vers la surface est susceptible de se produire, et ces éléments à haute affinité pour l'oxygène produisent des couches d'oxyde épaisses.
Étant donné que la pression partielle d'oxygène dans le LPBF est généralement supérieure à celle de l'atomisation au gaz, la possibilité de liaison avec l'oxygène est augmentée.
Les éclaboussures d'acier inoxydable et d'alliage 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 éclaboussures d'oxyde de type îlot, sont des matériaux plus couramment usinés dans LPBF, et appliquent cette méthode à des éclaboussures métalliques LPBF plus typiques pour démontrer que le renouvellement chimique est essentiel pour la poudre de la manière habituelle.
(a) Image SEM de particules de projections d'acier inoxydable, (b) méthode expérimentale de gravure chimique thermique, (c) traitement LPBF de particules de projections désoxydées. Crédit d'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 oxydé. La dissolution du métal autour et en dessous des îlots d'oxyde sur la poudre est utilisée comme principal mécanisme d'élimination des oxydes, ce qui permet une élimination plus agressive des oxydes.
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 Mn à la surface de la poudre.
Les chercheurs ont examiné la température ainsi que deux agents de gravure différents pour l'acier inoxydable. Après le criblage dans la même plage de taille, des pistes simples LPBF ont été créées en utilisant des poudres vierges, des poudres à éclaboussures et des poudres à éclaboussures efficacement gravées similaires.
Traces LPBF individuelles générées par les éclaboussures, les éclaboussures de gravure et la poudre vierge. L'image à fort grossissement montre que la couche d'oxyde prévalente sur la piste pulvérisée est éliminée sur la piste pulvérisée gravée. La poudre d'origine a montré que certains oxydes étaient toujours présents.
La couverture de la zone d'oxyde sur la poudre d'éclaboussure d'acier inoxydable 316L a diminué d'un facteur de 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 surface, les données EDX ont montré une réduction des niveaux d'oxygène de 13,5 % à 4,5 %.
Les éclaboussures gravées ont un revêtement de laitier d'oxyde inférieur sur la surface de la piste par rapport aux éclaboussures. De plus, l'attaque chimique de la poudre augmente l'assimilation de la poudre sur la piste. L'attaque chimique a le potentiel d'améliorer la réutilisation et la durabilité des éclaboussures 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 plage de tailles de tamis de 45 à 63 µm, les particules agglomérées restantes dans les poudres de projections gravées et non gravées expliquent pourquoi les volumes de trace des poudres gravées et éclaboussées sont similaires, alors que les volumes des poudres d'origine sont environ 50 % plus grands. On a observé que les poudres agglomérées ou formant des satellites affectaient la densité apparente et donc le volume.
Les éclaboussures gravées ont un revêtement de laitier d'oxyde inférieur sur la surface de la piste par rapport aux éclaboussures. Lorsque les oxydes sont éliminés chimiquement, les poudres semi-liées et nues démontrent une meilleure liaison des oxydes réduits, ce qui est attribué à une meilleure mouillabilité.
Schéma montrant les avantages du traitement LPBF lors de l'élimination chimique des oxydes des projections de poudre dans les systèmes en acier inoxydable. Une excellente mouillabilité est obtenue en éliminant les oxydes. Crédit d'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 de projections 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.
Les auteurs pensent 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 des poudres dans la fabrication additive : gravure chimique des éclaboussures 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. Elle a obtenu un doctorat en physique de l'Université de Delhi et a participé à un certain nombre d'activités scientifiques, culturelles et sportives. lecture, écriture, recherche et technologie, elle aime cuisiner, jouer, jardiner et faire du sport.
Jainism, Subi. (24 mai 2022)
Jaïnisme, Subi. "Nouvelle méthode de gravure chimique pour éliminer les oxydes de la poudre de projection d'acier inoxydable oxydée". AZOM.21 juillet 2022..
Jainism, Subi. "Nouvelle méthode de gravure chimique pour éliminer les oxydes de la poudre de projections d'acier inoxydable oxydée". AZOM.https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143. (Consulté le 21 juillet 2022).
Jaïnisme, Subi.2022.Nouvelle méthode de gravure chimique pour éliminer les oxydes de la poudre de projection d'acier inoxydable oxydée.AZoM, consulté le 21 juillet 2022, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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