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Em um artigo recente publicado na revista Additive Manufacturing Letters, os pesquisadores discutem a utilidade de respingos de aço inoxidável quimicamente gravados para prolongar a vida útil do pó na manufatura aditiva.
Pesquisa: Estendendo a vida útil do pó na fabricação de aditivos: corrosão química de respingos de aço inoxidável. Crédito da imagem: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
Metal Laser Powder Bed Fusion (LPBF) As partículas de respingo são produzidas por gotículas fundidas expelidas da poça fundida ou partículas de pó aquecidas 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 perto de sua temperatura de fusão promove a oxidação. Embora as 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 pelo oxigênio produzem camadas espessas de óxido.
Como a pressão parcial do oxigênio no LPBF é geralmente maior do que na atomização do gás, a possibilidade de ligação com o oxigênio é aumentada.
Respingos de aço inoxidável e ligas à base de níquel são conhecidos por oxidar 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 aplicando este método a respingos de metal LPBF mais típicos para demonstrar que a renovação química é crítica 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 desoxidados. Crédito da imagem: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
Neste estudo, os autores empregaram uma nova técnica de ataque químico para remover óxidos da superfície de pós de respingo de aço inoxidável oxidados. A dissolução de metal ao redor e abaixo das ilhas de óxido no pó é usada como o principal mecanismo para remoção de óxido, o que permite uma remoção de óxido mais agressiva.
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. 316L de respingos foram coletados do leito de pó de impressões LPBF e quimicamente gravados por imersão. Após a triagem de todas as partículas na 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, bem como dois agentes de ataque de aço inoxidável diferentes. Após a triagem para a mesma faixa de tamanho, faixas únicas LPBF foram criadas usando pós virgens semelhantes, pós de respingo e pós de respingo gravados com eficiência.
Traços de LPBF individuais 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 gravada. 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 respingo 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 EDX mostraram uma redução nos níveis de oxigênio de 13,5% para 4,5%.
Os respingos gravados têm um revestimento de escória de óxido mais baixo na superfície da pista em comparação com os respingos. Além disso, a corrosão química do pó aumenta a assimilação do pó na pista.
Em toda a faixa de tamanho de peneira de 45-63 µm, as partículas aglomeradas restantes nos pós de respingos corroídos e não corroídos explicam por que os volumes de traços dos pós corroídos e respingados são semelhantes, enquanto os volumes dos pós originais são aproximadamente 50% maiores. Observou-se que os pós aglomerados ou formadores de satélite afetam a densidade aparente e, portanto, o volume.
O respingo corroído tem um revestimento de escória de óxido mais baixo na superfície da pista em comparação com o respingo. Quando os óxidos são removidos quimicamente, os pós nus e semi-ligados demonstram evidências de melhor ligação dos óxidos reduzidos, o que é atribuído à melhor molhabilidade.
Esquema mostrando os benefícios do tratamento LPBF ao remover quimicamente os óxidos do pó respingado em sistemas de aço inoxidável. A excelente molhabilidade é alcançada eliminando os óxidos. Crédito da imagem: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
Em resumo, este estudo usou um procedimento de ataque químico 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.
Os autores acreditam que o ataque químico tem potencial para ser melhorado e usado em uma escala mais ampla para renovar várias 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. Estendendo a vida útil do pó na manufatura aditiva: corrosão química de respingos de aço inoxidável. Additive Manufacturing Letters 100057 (2022). https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000317
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Surbhi Jain é uma escritora técnica freelance baseada em Delhi, Índia. Ela tem um Ph.D. Recebeu um PhD em Física pela Universidade de Delhi e participou de uma série de atividades científicas, culturais e esportivas. Sua formação acadêmica é em pesquisa de ciência de materiais, especializada no desenvolvimento de dispositivos ópticos e sensores. , pesquisa e tecnologia, ela gosta de cozinhar, atuar, jardinagem e esportes.
Jainism, Subi.(24 de maio de 2022).Novo método de ataque químico remove óxidos do pó de respingo de aço inoxidável oxidado.AZOM.Recuperado em 21 de julho de 2022 em https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
Jainism, Subi.”Novo método de ataque químico para remover óxidos de pó de respingos de aço inoxidável oxidado”.AZOM.21 de julho de 2022..
Jainism, Subi.”Novo método de ataque químico para remover óxidos de pó de respingos de aço inoxidável oxidado”.AZOM.https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.(Acessado em 21 de julho de 2022).
Jainismo, Subi.2022.Novo método de ataque químico para remover óxidos de pó de respingo de aço inoxidável oxidado.AZoM, acessado em 21 de julho de 2022, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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