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In un recente articolo pubblicato sulla rivista Additive Manufacturing Letters, i ricercatori discutono l'utilità degli schizzi di acciaio inossidabile trattati chimicamente per prolungare la durata della polvere nella produzione additiva.
Ricerca: Estensione della durata della polvere nella produzione additiva: incisione chimica di schizzi di acciaio inossidabile. Credito immagine: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
Le particelle di schizzi della fusione laser a letto di polvere metallica (LPBF) sono prodotte da goccioline fuse espulse dalla piscina fusa o da particelle di polvere riscaldate a un punto prossimo o superiore al punto di fusione mentre passano attraverso il raggio laser.
Nonostante l'uso di un ambiente inerte, l'elevata reattività del metallo in prossimità della sua temperatura di fusione favorisce l'ossidazione. Sebbene le particelle di spruzzi espulse durante la LPBF fondano almeno brevemente in superficie, è probabile che si verifichi una 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 solitamente superiore a quella nell'atomizzazione del gas, la possibilità di legame con l'ossigeno aumenta.
È noto che gli schizzi di acciaio inossidabile e leghe a base di nichel si ossidano rapidamente, formando isole di spessore fino a diversi metri. Inoltre, gli acciai inossidabili e le leghe a base di nichel, come quelli che producono schizzi di ossido a forma di isola, sono materiali lavorati più comunemente in LPBF e l'applicazione di questo metodo agli schizzi di metallo LPBF più tipici dimostra che il rinnovamento chimico è fondamentale per la polvere nel modo consueto.
(a) Immagine SEM di particelle di schizzi di acciaio inossidabile, (b) metodo sperimentale di incisione chimica termica, (c) trattamento LPBF di particelle di schizzi deossidate. 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 di spruzzi di polvere di acciaio inossidabile ossidato. La dissoluzione del metallo attorno e sotto le isole di ossido sulla polvere viene utilizzata come meccanismo primario per la rimozione dell'ossido, che consente una rimozione più aggressiva dell'ossido. Gli spruzzi, le polveri di incisione e le polveri vergini sono stati setacciati fino a ottenere lo stesso intervallo di granulometria per l'elaborazione LPBF.
Il team ha mostrato come rimuovere gli ossidi dalle particelle di schizzi di acciaio inossidabile, in particolare quelle isolate mediante tecniche chimiche per formare isole di ossido ricche di Si e Mn sulla superficie della polvere. Sono stati raccolti 316 L di schizzi dal letto di polvere delle stampe LPBF e incisi chimicamente per immersione. Dopo aver selezionato tutte le particelle allo stesso intervallo di dimensioni, LPBF le elabora in un unico passaggio con schizzi incisi ottimizzati e acciaio inossidabile vergine.
I ricercatori hanno esaminato la temperatura e due diversi agenti corrosivi per acciaio inossidabile. Dopo aver eseguito lo screening nello stesso intervallo dimensionale, sono state create singole tracce LPBF utilizzando polveri vergini simili, polveri a spruzzo e polveri a spruzzo efficacemente corrose.
Singole tracce LPBF generate da schizzi, schizzi di incisione e polvere pura. L'immagine ad alto ingrandimento mostra che lo strato di ossido prevalente sulla pista spruzzata viene eliminato sulla pista 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 di spruzzo in 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 nei livelli di ossigeno dal 13,5% al ​​4,5%.
Gli spruzzi incisi presentano uno strato di scorie di ossido inferiore sulla superficie del binario rispetto agli spruzzi stessi. Inoltre, l'incisione chimica della polvere aumenta l'assimilazione della polvere sul binario. L'incisione chimica ha il potenziale per migliorare la riutilizzabilità e la durata degli spruzzi o delle polveri di uso comune realizzate con polveri di acciaio inossidabile ampiamente utilizzate e resistenti alla corrosione.
Nell'intero intervallo di dimensioni del setaccio da 45 a 63 µm, le particelle agglomerate rimanenti nelle polveri di spruzzo incise e non incise spiegano perché i volumi di traccia 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 formanti satelliti influenzano la densità apparente e quindi il volume.
Gli spruzzi incisi presentano uno strato di scorie di ossido inferiore sulla superficie della pista rispetto agli spruzzi stessi. Quando gli ossidi vengono rimossi chimicamente, le polveri semi-legate e nude mostrano evidenza di un migliore legame degli ossidi ridotti, il che è attribuito a una migliore bagnabilità.
Schema che mostra i vantaggi del trattamento LPBF nella rimozione chimica degli ossidi dalla polvere di spruzzo nei sistemi in acciaio inossidabile. L'eliminazione degli ossidi consente un'eccellente bagnabilità. Credito immagine: Murray, J. W. et al., Additive Manufacturing Letters
In sintesi, questo studio ha utilizzato una procedura di incisione chimica per rigenerare chimicamente le polveri di schizzi di acciaio inossidabile altamente ossidate mediante immersione nel reagente di Ralph, una soluzione di cloruro ferrico e cloruro rameico in acido cloridrico. È stato osservato che l'immersione nella soluzione di incisione Ralph riscaldata per 1 ora ha comportato una riduzione di 10 volte della copertura dell'area di ossido sulla polvere spruzzata.
Gli autori ritengono che l'incisione chimica abbia il potenziale per essere migliorata e utilizzata su larga scala per rinnovare molteplici particelle di schizzi riutilizzate o polveri LPBF, aumentando così il valore dei costosi materiali in polvere.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. Estensione della durata della polvere nella produzione additiva: incisione chimica di schizzi 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 conseguito un dottorato di ricerca in fisica presso l'Università di Delhi e ha partecipato a numerose attività scientifiche, culturali e sportive. La sua formazione accademica riguarda la ricerca sulla scienza dei materiali, con specializzazione nello sviluppo di dispositivi ottici e sensori. Ha una vasta esperienza nella scrittura di contenuti, editing, analisi di dati sperimentali e gestione di progetti e ha pubblicato 7 articoli di ricerca su riviste indicizzate Scopus e depositato 2 brevetti indiani basati sul suo lavoro di ricerca. Appassionata di lettura, scrittura, ricerca e tecnologia, ama cucinare, recitare, fare giardinaggio e sport.
Jainism, Subi. (24 maggio 2022). Un nuovo metodo di incisione chimica rimuove gli ossidi dalla polvere di schizzi di acciaio inossidabile ossidato. AZOM. Recuperato il 21 luglio 2022 da https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
Jainism, 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).
Jainism, Subi.2022. Nuovo metodo di incisione chimica per rimuovere gli ossidi dagli schizzi di polvere di acciaio inossidabile ossidato. AZoM, consultato il 21 luglio 2022, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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