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Additive Manufacturing Letters 저널에 실린 최근 기사에서 연구원들은 적층 제조에서 분말 수명을 연장하기 위해 화학적으로 에칭된 스테인리스 스틸 스패터의 유용성에 대해 논의합니다.
연구: 적층 가공에서 분말 수명 연장: 스테인리스 스틸 스패터의 화학적 에칭. 이미지 제공: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
LPBF(Metal Laser Powder Bed Fusion) 스플래쉬 입자는 용융 풀에서 방출된 용융 액적 또는 레이저 빔을 통과할 때 녹는점 근처 또는 그 이상으로 가열된 분말 입자에 의해 생성됩니다.
불활성 환경을 사용함에도 불구하고 용융 온도 근처에서 금속의 높은 반응성은 산화를 촉진합니다. LPBF 동안 방출된 스패터 입자가 표면에서 적어도 잠깐 동안 녹지만 휘발성 원소가 표면으로 확산될 가능성이 높으며 이러한 산소 친화력이 높은 원소는 두꺼운 산화층을 생성합니다.
LPBF의 산소 분압은 일반적으로 가스 분무보다 높기 때문에 산소와의 결합 가능성이 높아집니다.
스테인리스강 및 니켈 기반 합금 스패터는 빠르게 산화되어 최대 수 미터 두께의 섬을 형성하는 것으로 알려져 있습니다. 또한 섬형 산화물 스패터를 생성하는 것과 같은 스테인리스강 및 니켈 기반 합금은 LPBF에서 더 일반적으로 가공되는 재료이며 이 방법을 보다 일반적인 LPBF 금속 스패터에 적용하여 일반적인 방식으로 분말에 화학적 재생이 중요하다는 것을 보여줍니다.
(a) 스테인리스 스틸 스패터 입자의 SEM 이미지, (b) 열화학 에칭의 실험적 방법, (c) 탈산소 스패터 입자의 LPBF 처리. 이미지 제공: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
이 연구에서 저자는 산화된 스테인리스 스틸 스플래시 분말의 표면에서 산화물을 제거하기 위해 새로운 화학적 에칭 기술을 사용했습니다. 분말의 산화물 섬 주변 및 아래의 금속 용해는 산화물 제거를 위한 기본 메커니즘으로 사용되며, 이는 보다 공격적인 산화물 제거를 가능하게 합니다. LPBF 처리를 위해 스플래시, 에칭 및 처녀 분말을 동일한 분말 크기 범위로 체질했습니다.
팀은 스테인리스 스틸 스패터 입자, 특히 분말 표면에 Si 및 Mn이 풍부한 산화물 섬을 형성하기 위해 화학적 기술을 사용하여 분리된 입자에서 산화물을 제거하는 방법을 보여주었습니다.316L의 스패터는 LPBF 인쇄의 분말 베드에서 수집되었으며 침수에 의해 화학적으로 에칭되었습니다. 동일한 크기 범위로 모든 입자를 스크리닝한 후 LPBF는 이를 최적화된 에칭 스패터 및 순수 스테인리스 스틸을 사용하여 단일 패스로 처리합니다.
연구원들은 온도와 두 개의 서로 다른 스테인리스 스틸 에칭액을 조사했습니다. 동일한 크기 범위로 스크리닝한 후 유사한 버진 파우더, 스플래시 파우더 및 효율적으로 에칭된 스플래시 파우더를 사용하여 LPBF 단일 트랙을 만들었습니다.
스패터, 에칭 스패터 및 깨끗한 분말에서 생성된 개별 LPBF 흔적. 고배율 이미지는 스퍼터링된 트랙에 널리 퍼진 산화물 층이 에칭된 스퍼터링된 트랙에서 제거되었음을 보여줍니다. 원래 분말은 일부 산화물이 여전히 존재함을 보여줍니다. 이미지 출처: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
Ralph의 시약을 수조에서 65°C로 1시간 동안 가열한 후 316L 스테인리스 스틸 스플래시 분말의 산화물 면적 적용 범위는 7%에서 0.7%로 10배 감소했습니다. 넓은 면적을 매핑하면 EDX 데이터에서 산소 수준이 13.5%에서 4.5%로 감소한 것으로 나타났습니다.
에칭 스패터는 스패터에 비해 트랙 표면의 산화물 슬래그 코팅이 적습니다. 또한 분말의 화학적 에칭은 트랙에서 분말의 동화를 증가시킵니다. 화학적 에칭은 광범위하게 사용되는 내식성 스테인리스 스틸 분말로 만든 스패터 또는 대량 사용 분말의 재사용성과 내구성을 향상시킬 수 있는 잠재력이 있습니다.
전체 45-63 µm 체 크기 범위에 걸쳐, 에칭 및 에칭되지 않은 스패터 분말에 남아 있는 응집된 입자는 원래 분말의 부피가 약 50% 더 큰 반면 에칭 및 스패터된 분말의 미량 부피가 유사한 이유를 설명합니다. 응집 또는 위성 형성 분말은 벌크 밀도 및 따라서 부피에 영향을 미치는 것으로 관찰되었습니다.
에칭된 스패터는 스패터에 비해 트랙 표면의 산화물 슬래그 코팅이 더 낮습니다. 산화물이 화학적으로 제거될 때 반결합 및 노출되지 않은 분말은 환원된 산화물의 더 나은 결합의 증거를 나타내며 이는 더 나은 습윤성에 기인합니다.
스테인리스 스틸 시스템에서 스플래쉬 파우더에서 산화물을 화학적으로 제거할 때 LPBF 처리의 이점을 보여주는 개략도
요약하면, 이 연구는 염화 제2철과 염산의 염화 제2구리 용액인 Ralph's 시약에 침지하여 고도로 산화된 스테인리스 스틸 스패터 분말을 화학적으로 재생하기 위해 화학적 에칭 절차를 사용했습니다. 가열된 Ralph 에칭 용액에 1시간 동안 침지하면 튀어 나온 분말의 산화물 면적 범위가 10배 감소하는 것으로 관찰되었습니다.
저자는 화학적 에칭이 여러 재사용 스패터 입자 또는 LPBF 분말을 재생하기 위해 더 넓은 범위에서 개선되고 사용되어 고가의 분말 기반 재료의 가치를 높일 가능성이 있다고 믿습니다.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. 적층 가공에서 분말 수명 연장: 스테인리스 스틸 스패터의 화학적 에칭. 적층 가공 레터 100057(2022).https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000317
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Surbhi Jain은 인도 델리에 기반을 둔 프리랜서 기술 저술가입니다. 그녀는 박사 학위를 가지고 있습니다. University of Delhi에서 물리학 박사 학위를 받았으며 다양한 과학, 문화 및 스포츠 활동에 참여했습니다. 그녀의 학문적 배경은 광학 장치 및 센서 개발을 전문으로 하는 재료 과학 연구입니다. 그녀는 콘텐츠 작성, 편집, 실험 데이터 분석 및 프로젝트 관리에 대한 광범위한 경험을 가지고 있으며 Scopus 색인 저널에 7개의 연구 논문을 발표하고 연구 작업을 기반으로 2개의 인도 특허를 출원했습니다.열정 읽기, 쓰기, 연구 및 기술에 대해 먹고 요리, 연기, 정원 가꾸기 및 스포츠를 즐깁니다.
Jainism, Subi.(2022년 5월 24일). 산화된 스테인리스 스틸 스플래시 분말에서 산화물을 제거하는 새로운 화학적 에칭 방법.
Jainism, Subi."산화된 스테인레스 스틸 스패터 분말에서 산화물을 제거하는 새로운 화학적 에칭 방법".AZOM.2022년 7월 21일..
Jainism, Subi."산화된 스테인리스강 스패터 분말에서 산화물을 제거하는 새로운 화학적 에칭 방법".AZOM.https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.(2022년 7월 21일 액세스).
자이나교, Subi.2022.산화된 스테인리스 스틸 스플래시 분말에서 산화물을 제거하는 새로운 화학적 에칭 방법.AZoM, 2022년 7월 21일 액세스, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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