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In un recente articolo pubblicato sulla rivista Additive Manufacturing Letters, i ricercatori discutono dell'utilità degli schizzi di acciaio inossidabile incisi chimicamente per prolungare la durata della polvere nella produzione additiva.
Ricerca: estensione della durata della polvere nella produzione additiva: incisione chimica di spruzzi di acciaio inossidabile. Credito immagine: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
Le particelle Splash Metal Laser Powder Bed Fusion (LPBF) sono prodotte da goccioline fuse espulse dalla piscina fusa o particelle di polvere riscaldate vicino o sopra il punto di fusione mentre passano attraverso il raggio laser.
Nonostante l'uso di un ambiente inerte, l'elevata reattività del metallo vicino alla sua temperatura di fusione favorisce l'ossidazione. Sebbene le particelle di schizzi espulse durante l'LPBF si sciolgano almeno brevemente in superficie, è probabile che si verifichi la diffusione di elementi volatili sulla superficie e questi elementi con elevata affinità per l'ossigeno producono spessi strati di ossido.
Poiché la pressione parziale dell'ossigeno nell'LPBF è generalmente superiore a quella nell'atomizzazione del gas, aumenta la possibilità di legame con l'ossigeno.
È noto che gli spruzzi di acciaio inossidabile e di leghe a base di nichel si ossidano rapidamente, formando isole spesse fino a diversi metri. Inoltre, gli acciai inossidabili e le leghe a base di nichel, come quelli che producono spruzzi di ossido di tipo isola, sono materiali più comunemente lavorati in LPBF e applicando questo metodo a spruzzi di metallo LPBF più tipici per dimostrare che il rinnovamento chimico è fondamentale per la polvere nel modo consueto.
(a) Immagine SEM di particelle di spruzzi di acciaio inossidabile, (b) metodo sperimentale di incisione chimica termica, (c) Trattamento LPBF di particelle di spruzzi disossidati. Credito immagine: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
In questo studio, gli autori hanno utilizzato una nuova tecnica di incisione chimica per rimuovere gli ossidi dalla superficie delle polveri a spruzzo di acciaio inossidabile ossidato. La dissoluzione del metallo attorno e sotto le isole di ossido sulla polvere viene utilizzata come meccanismo principale per la rimozione dell'ossido, che consente una rimozione più aggressiva dell'ossido.
Il team ha mostrato come rimuovere gli ossidi dalle particelle di spruzzi di acciaio inossidabile, in particolare quelli che sono stati isolati utilizzando tecniche chimiche per formare isole di ossido ricche di Si e Mn sulla superficie della polvere. 316 litri di spruzzi sono stati raccolti dal letto di polvere delle stampe LPBF e incisi chimicamente per immersione.
I ricercatori hanno esaminato la temperatura e due diversi mordenzanti in acciaio inossidabile. Dopo lo screening della stessa gamma di dimensioni, sono state create tracce singole LPBF utilizzando polveri vergini simili, polveri splash e polveri splash incise in modo efficiente.
Singole tracce LPBF generate da schizzi, schizzi di incisione e polvere incontaminata. L'immagine ad alto ingrandimento mostra che lo strato di ossido prevalente sulla traccia spruzzata viene eliminato sulla traccia spruzzata incisa. La polvere originale mostrava che alcuni ossidi erano ancora presenti. Credito immagine: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
La copertura dell'area di ossido sulla polvere spruzzata di acciaio inossidabile 316L è diminuita di un fattore 10, dal 7% allo 0,7% dopo che il reagente di Ralph è stato riscaldato a 65 °C in un bagno d'acqua per 1 ora. Mappando l'ampia area, i dati EDX hanno mostrato una riduzione dei livelli di ossigeno dal 13,5% al ​​4,5%.
Gli spruzzi incisi hanno un rivestimento inferiore di scorie di ossido sulla superficie del binario rispetto agli spruzzi. Inoltre, l'incisione chimica della polvere aumenta l'assimilazione della polvere sulla pista.
Nell'intera gamma di dimensioni del setaccio da 45-63 µm, le rimanenti particelle agglomerate nelle polveri di spruzzi incise e non incise spiegano perché i volumi delle tracce delle polveri incise e spruzzate sono simili, mentre i volumi delle polveri originali sono circa il 50% più grandi. È stato osservato che le polveri agglomerate o che formano satelliti influiscono sulla densità apparente e quindi sul volume.
Gli spruzzi incisi hanno un rivestimento di scorie di ossido inferiore sulla superficie della pista rispetto agli spruzzi. Quando gli ossidi vengono rimossi chimicamente, le polveri semi-legate e nude dimostrano un migliore legame degli ossidi ridotti, che è attribuito a una migliore bagnabilità.
Schema che mostra i vantaggi del trattamento LPBF durante la rimozione chimica degli ossidi dalla polvere spruzzata nei sistemi in acciaio inossidabile. L'eccellente bagnabilità si ottiene eliminando gli ossidi. Credito immagine: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
In sintesi, questo studio ha utilizzato una procedura di incisione chimica per rigenerare chimicamente polveri di schizzi di acciaio inossidabile altamente ossidati mediante immersione nel reagente di Ralph, una soluzione di cloruro ferrico e cloruro rameico in acido cloridrico.
Gli autori ritengono che l'incisione chimica abbia il potenziale per essere migliorata e utilizzata su scala più ampia per rinnovare più particelle di spruzzi riutilizzati o polveri LPBF, aumentando così il valore dei costosi materiali a base di polvere.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. Estensione della durata della polvere nella produzione additiva: incisione chimica di spruzzi di acciaio inossidabile. Additive Manufacturing Letters 100057 (2022).https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000317
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Surbhi Jain è una scrittrice tecnica freelance con sede a Delhi, in India. Ha un dottorato di ricerca. Ha conseguito un dottorato di ricerca in fisica presso l'Università di Delhi e ha partecipato a numerose attività scientifiche, culturali e sportive. Il suo background accademico è nella ricerca sulla scienza dei materiali, specializzata nello sviluppo di dispositivi ottici e sensori. , scrittura, ricerca e tecnologia, le piace cucinare, recitare, fare giardinaggio e fare sport.
Jainism, Subi. (24 maggio 2022). Il nuovo metodo di incisione chimica rimuove gli ossidi dalla polvere spruzzata di acciaio inossidabile ossidato.
Giainismo, Subi. "Nuovo metodo di incisione chimica per rimuovere gli ossidi dalla polvere di schizzi di acciaio inossidabile ossidato".AZOM.21 luglio 2022..
Jainism, Subi. "Nuovo metodo di incisione chimica per rimuovere gli ossidi dalla polvere di schizzi di acciaio inossidabile ossidato".AZOM.https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.(Consultato il 21 luglio 2022).
Giainismo, Subi.2022.Nuovo metodo di incisione chimica per rimuovere gli ossidi dalla polvere spruzzata di acciaio inossidabile ossidato.AZoM, consultato il 21 luglio 2022, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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