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Additive Manufacturing Letters 저널에 최근 게재된 기사에서 연구자들은 첨가 제조에서 분말 수명을 연장하기 위해 화학적으로 에칭된 스테인리스 스틸 튀김의 효용성에 대해 논의했습니다.
연구: 적층 제조에서 분말 수명 연장: 스테인리스 스틸 스패터의 화학적 에칭. 이미지 출처: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
금속 레이저 분말 베드 융합(LPBF) 스플래시 입자는 용융 풀에서 방출된 용융 물방울이나 레이저 빔을 통과할 때 녹는점 근처 또는 녹는점 이상으로 가열된 분말 입자에 의해 생성됩니다.
불활성 환경을 사용함에도 불구하고, 금속은 녹는점 근처에서 높은 반응성을 나타내어 산화를 촉진합니다. LPBF 중에 방출된 튀김 입자는 표면에서 적어도 잠깐 녹지만, 휘발성 원소가 표면으로 확산될 가능성이 높으며, 산소와 친화력이 높은 이러한 원소는 두꺼운 산화물 층을 형성합니다.
LPBF의 산소 분압은 일반적으로 가스 분무의 산소 분압보다 높기 때문에 산소와 결합할 가능성이 높아집니다.
스테인리스 스틸과 니켈 기반 합금 튀김은 빠르게 산화되어 두께가 수 미터에 달하는 섬을 형성하는 것으로 알려져 있습니다. 또한 섬 형태의 산화물 튀김을 생성하는 스테인리스 스틸과 니켈 기반 합금은 LPBF에서 보다 일반적으로 가공되는 재료이며, 이 방법을 보다 일반적인 LPBF 금속 튀김에 적용하여 화학적 재생이 일반적인 방식으로 Powder에 중요하다는 것을 보여줍니다.
(a) 스테인리스 스틸 스패터 입자의 SEM 이미지, (b) 열 화학 에칭의 실험적 방법, (c) 탈산된 스패터 입자의 LPBF 처리. 이미지 출처: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
이 연구에서 저자는 산화된 스테인리스 스틸 스플래시 파우더 표면의 산화물을 제거하기 위해 새로운 화학적 에칭 기술을 사용했습니다. 파우더의 산화물 섬 주변과 아래에서 금속이 용해되는 것을 산화물 제거의 주요 메커니즘으로 사용하여 더욱 공격적으로 산화물을 제거할 수 있었습니다. 스플래시 파우더, 에칭 파우더 및 순수 파우더는 LPBF 처리를 위해 동일한 파우더 크기 범위로 체질되었습니다.
연구팀은 스테인리스 스틸 튀김 입자에서 산화물을 제거하는 방법을 보여주었는데, 특히 화학적 기술을 사용하여 분말 표면에 Si 및 Mn이 풍부한 산화물 섬을 형성하여 분리한 입자의 산화물을 제거하는 방법을 보여주었습니다. LPBF 프린트의 분말층에서 316L의 튀김 입자를 수집하여 침지하여 화학적으로 에칭했습니다. 모든 입자를 동일한 크기 범위로 선별한 후, LPBF는 최적화된 에칭 튀김 입자와 순수 스테인리스 스틸을 사용하여 단일 패스로 처리합니다.
연구진은 온도와 두 가지 다른 스테인리스 스틸 에칭제를 살펴보았습니다. 동일한 크기 범위로 스크리닝한 후, 유사한 순수 분말, 스플래시 분말 및 효율적으로 에칭된 스플래시 분말을 사용하여 LPBF 단일 트랙을 만들었습니다.
스패터, 에칭 스패터 및 원상태 분말에서 생성된 개별 LPBF 트레이스. 고배율 이미지는 스퍼터링 트랙에 널리 퍼져 있던 산화층이 에칭된 스퍼터링 트랙에서 제거되었음을 보여줍니다. 원래 분말은 일부 산화물이 여전히 존재함을 보여주었습니다. 이미지 출처: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
랄프 시약을 수조에서 65°C로 1시간 가열한 후, 316L 스테인리스 스틸 분사 분말의 산화 영역 피복률이 7%에서 0.7%로 10배 감소했습니다. 넓은 영역을 매핑한 EDX 데이터는 산소 수준이 13.5%에서 4.5%로 감소한 것을 보여주었습니다.
에칭 스패터는 스패터에 비해 트랙 표면에 산화 슬래그 코팅이 적습니다. 또한 분말의 화학적 에칭은 트랙에서 분말의 동화를 증가시킵니다. 화학적 에칭은 널리 사용되고 내식성이 있는 스테인리스 강철 분말로 만든 스패터 또는 대량 사용 분말의 재사용성과 내구성을 향상시킬 수 있는 잠재력이 있습니다.
전체 45-63µm 체 크기 범위에서 에칭된 입자와 에칭되지 않은 입자 분말에 남아 있는 응집 입자는 에칭된 입자와 분산된 입자의 미량 부피가 비슷한 반면 원래 분말의 부피는 약 50% 더 큰 이유를 설명합니다. 응집되거나 위성을 형성하는 분말은 체적 밀도와 부피에 영향을 미치는 것으로 관찰되었습니다.
에칭된 스패터는 스패터에 비해 트랙 표면에 산화 슬래그 코팅이 적습니다. 산화물이 화학적으로 제거되면 반결합된 분말과 맨 분말은 환원된 산화물의 더 나은 결합을 보여주는 증거가 나타나며, 이는 더 나은 젖음성에 기인합니다.
스테인리스 스틸 시스템에서 스플래시 파우더의 산화물을 화학적으로 제거할 때 LPBF 처리의 이점을 보여주는 개략도. 산화물을 제거함으로써 우수한 젖음성을 얻을 수 있습니다. 이미지 출처: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
요약하자면, 이 연구에서는 화학적 에칭 과정을 통해 고도로 산화된 스테인리스 스틸 튀김 분말을 랄프 시약(염화제이철과 염화구리를 염산에 녹인 용액)에 담가 화학적으로 재생했습니다. 가열된 랄프 에칭 용액에 1시간 담가둔 결과 튀긴 분말의 산화 영역이 10배 감소하는 것으로 관찰되었습니다.
저자들은 화학적 에칭이 개량되어 더 넓은 범위로 사용되어 여러 재사용된 튀김 입자나 LPBF 분말을 재생하고, 이를 통해 값비싼 분말 기반 재료의 가치를 높일 수 있는 잠재력이 있다고 믿습니다.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. 적층 제조에서 분말 수명 연장: 스테인리스 스틸 튀김의 화학적 에칭. Additive Manufacturing Letters 100057 (2022).https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000317
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수르비 자인(Surbhi Jain)은 인도 델리에 거주하는 프리랜서 기술 작가입니다. 그녀는 박사 학위를 취득했습니다. 델리 대학교에서 물리학 박사 학위를 받았고, 다수의 과학, 문화, 스포츠 활동에 참여했습니다. 그녀의 학문적 배경은 재료 과학 연구이며, 광학 장치 및 센서 개발을 전문으로 합니다. 그녀는 컨텐츠 작성, 편집, 실험 데이터 분석 및 프로젝트 관리 분야에서 광범위한 경험을 가지고 있으며, Scopus 색인 저널에 7편의 연구 논문을 발표하고 연구 작업을 바탕으로 2건의 인도 특허를 출원했습니다. 그녀는 독서, 글쓰기, 연구 및 기술에 열정적이며, 요리, 연기, 원예 및 스포츠를 즐깁니다.
자이나교, 수비.(2022년 5월 24일). 새로운 화학적 에칭 방법으로 산화된 스테인리스 스틸 튀김 분말에서 산화물을 제거합니다.AZOM. 2022년 7월 21일 https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143에서 검색됨.
자이나교, 수비. "산화된 스테인리스 스틸 튀김가루에서 산화물을 제거하는 새로운 화학적 에칭 방법".AZOM.2022년 7월 21일..
자이나교, 수비."산화된 스테인리스 스틸 튀김 분말에서 산화물을 제거하는 새로운 화학적 에칭 방법".AZOM.https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143. (2022년 7월 21일 접속).
자이나교, 수비.2022. 산화된 스테인리스 스틸 스플래시 파우더에서 산화물을 제거하는 새로운 화학적 에칭 방법.AZoM, 2022년 7월 21일 접속, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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