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Em um artigo recente publicado no periódico Additive Manufacturing Letters, pesquisadores discutem a utilidade de respingos de aço inoxidável gravados quimicamente para estender a vida útil do pó na manufatura aditiva.
Pesquisa: Prolongando a vida útil do pó na manufatura aditiva: corrosão química de respingos de aço inoxidável. Crédito da imagem: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
Fusão de leito de pó a laser de metal (LPBF) Partículas de respingos são produzidas por gotículas derretidas expelidas da poça de fusão ou partículas de pó aquecidas até próximo ou acima do ponto de fusão à medida que passam pelo feixe de laser.
Apesar do uso de um ambiente inerte, a alta reatividade do metal próximo à sua temperatura de fusão promove a oxidação. Embora partículas de respingos ejetadas durante o LPBF derretam pelo menos brevemente na superfície, é provável que ocorra difusão de elementos voláteis para a superfície, e esses elementos com alta afinidade por oxigênio produzem camadas espessas de óxido.
Como a pressão parcial de oxigênio no LPBF é geralmente maior do que na atomização de gás, a possibilidade de ligação com o oxigênio aumenta.
Sabe-se que respingos de ligas à base de níquel e aço inoxidável oxidam rapidamente, formando ilhas de até vários metros de espessura. Além disso, aços inoxidáveis ​​e ligas à base de níquel, como aqueles que produzem respingos de óxido do tipo ilha, são materiais mais comumente usinados em LPBF, e a aplicação desse método a respingos de metal LPBF mais comuns demonstra que a renovação química é essencial para o pó da maneira usual.
(a) Imagem SEM de partículas de respingos de aço inoxidável, (b) método experimental de ataque químico térmico, (c) tratamento LPBF de partículas de respingos desoxidadas. Crédito da imagem: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
Neste estudo, os autores empregaram uma nova técnica de corrosão química para remover óxidos da superfície de pós de respingos de aço inoxidável oxidados. A dissolução do metal ao redor e abaixo das ilhas de óxido no pó é usada como o mecanismo primário para remoção de óxido, o que permite uma remoção mais agressiva do óxido. Os pós de respingos, corrosão e virgens foram peneirados para a mesma faixa de tamanho de pó para processamento LPBF.
A equipe mostrou como remover óxidos de partículas de respingos de aço inoxidável, especialmente aquelas que foram isoladas usando técnicas químicas para formar ilhas de óxido ricas em Si e Mn na superfície do pó. 316 L de respingos foram coletados do leito de pó de impressões LPBF e quimicamente gravados por imersão. Após a triagem de todas as partículas para a mesma faixa de tamanho, o LPBF as processa em uma única passagem com respingos gravados otimizados e aço inoxidável virgem.
Os pesquisadores analisaram a temperatura e também dois diferentes agentes de corrosão de aço inoxidável. Após a triagem na mesma faixa de tamanho, trilhas simples de LPBF foram criadas usando pós virgens semelhantes, pós de respingos e pós de respingos eficientemente gravados.
Traços individuais de LPBF gerados a partir de respingos, respingos de corrosão e pó puro. A imagem de alta ampliação mostra que a camada de óxido predominante na trilha pulverizada é eliminada na trilha pulverizada e corroída. O pó original mostrou que alguns óxidos ainda estavam presentes. Crédito da imagem: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
A cobertura da área de óxido no pó de respingos de aço inoxidável 316L diminuiu por um fator de 10, de 7% para 0,7% depois que o reagente de Ralph foi aquecido a 65 °C em banho-maria por 1 hora. Mapeando a grande área, os dados de EDX mostraram uma redução nos níveis de oxigênio de 13,5% para 4,5%.
Respingos gravados apresentam menor revestimento de escória de óxido na superfície da pista em comparação ao respingo. Além disso, a gravação química do pó aumenta a assimilação do pó na pista. A gravação química tem o potencial de melhorar a reutilização e a durabilidade de respingos ou pós de uso em massa feitos de pós de aço inoxidável amplamente utilizados e resistentes à corrosão.
Em toda a faixa de tamanho de peneira de 45-63 µm, as partículas aglomeradas restantes nos pós de respingos gravados e não gravados explicam por que os volumes de traços dos pós gravados e respingados são semelhantes, enquanto os volumes dos pós originais são aproximadamente 50% maiores. Observou-se que os pós aglomerados ou formadores de satélites afetam a densidade aparente e, portanto, o volume.
Respingos gravados apresentam menor revestimento de escória de óxido na superfície da pista em comparação aos respingos. Quando os óxidos são removidos quimicamente, os pós semiligados e nus demonstram evidências de melhor ligação dos óxidos reduzidos, o que é atribuído à melhor molhabilidade.
Esquema mostrando os benefícios do tratamento LPBF na remoção química de óxidos de pó espalhado em sistemas de aço inoxidável. Excelente molhabilidade é alcançada pela eliminação de óxidos. Crédito da imagem: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
Em resumo, este estudo usou um procedimento de corrosão química para regenerar quimicamente pós de respingos de aço inoxidável altamente oxidados por imersão no reagente de Ralph, uma solução de cloreto férrico e cloreto cúprico em ácido clorídrico. Foi observado que a imersão na solução de corrosão Ralph aquecida por 1 hora resultou em uma redução de 10 vezes na cobertura da área de óxido no pó respingado.
Os autores acreditam que a corrosão química tem o potencial de ser melhorada e usada em uma escala maior para renovar múltiplas partículas de respingos reutilizadas ou pós LPBF, aumentando assim o valor de materiais caros à base de pó.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. Extensão da vida útil do pó na manufatura aditiva: corrosão química de respingos de aço inoxidável. Cartas de Manufatura Aditiva 100057 (2022). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000317
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Surbhi Jain é uma escritora técnica freelancer baseada em Déli, Índia. Ela é Ph.D. Recebeu um PhD em Física pela Universidade de Déli e participou de uma série de atividades científicas, culturais e esportivas. Sua formação acadêmica é em pesquisa de ciência de materiais, com especialização no desenvolvimento de dispositivos e sensores ópticos. Ela tem ampla experiência em redação de conteúdo, edição, análise de dados experimentais e gerenciamento de projetos, e publicou 7 artigos de pesquisa em periódicos indexados pela Scopus e registrou 2 patentes indianas com base em seu trabalho de pesquisa. Apaixonada por leitura, escrita, pesquisa e tecnologia, ela gosta de cozinhar, atuar, jardinagem e esportes.
Jainismo, Subi. (24 de maio de 2022). Novo método de corrosão química remove óxidos de pó de respingos de aço inoxidável oxidado. AZOM. Recuperado em 21 de julho de 2022 de https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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