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In un recente articolo pubblicato sulla rivista Additive Manufacturing Letters, i ricercatori discutono l'utilità degli schizzi di acciaio inossidabile incisi chimicamente per prolungare la durata delle polveri nella produzione additiva.
Ricerca: Prolungamento della durata delle polveri nella produzione additiva: incisione chimica degli schizzi di acciaio inossidabile. Crediti immagine: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
Nella fusione laser a letto di polvere metallica (LPBF), le particelle di spruzzo sono prodotte da goccioline fuse espulse dal bagno di fusione o da particelle di polvere riscaldate a temperature prossime o superiori al punto di fusione mentre attraversano il raggio laser.
Nonostante l'utilizzo di un ambiente inerte, l'elevata reattività del metallo in prossimità della sua temperatura di fusione favorisce l'ossidazione. Sebbene le particelle di spruzzo espulse durante il processo LPBF si fondano, almeno brevemente, in superficie, è probabile che si verifichi la diffusione di elementi volatili verso la superficie, e questi elementi, con elevata affinità per l'ossigeno, producono spessi strati di ossido.
Poiché la pressione parziale dell'ossigeno nel processo LPBF è solitamente superiore a quella dell'atomizzazione a gas, aumenta la possibilità di legame con l'ossigeno.
È noto che gli schizzi di acciaio inossidabile e leghe a base di nichel si ossidano rapidamente, formando isole spesse 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 isole, sono materiali più comunemente lavorati nella LPBF, e l'applicazione di questo metodo agli schizzi metallici LPBF più tipici dimostra che il rinnovamento chimico è fondamentale per la polvere nel modo usuale.
(a) Immagine SEM di particelle di schizzi di acciaio inossidabile, (b) metodo sperimentale di attacco chimico termico, (c) trattamento LPBF di particelle di schizzi deossidate. Crediti immagine: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
In questo studio, gli autori hanno impiegato una nuova tecnica di attacco chimico per rimuovere gli ossidi dalla superficie di polveri di acciaio inossidabile ossidate provenienti da spruzzi di polvere. La dissoluzione del metallo attorno e al di sotto delle isole di ossido sulla polvere viene utilizzata come meccanismo principale per la rimozione dell'ossido, il che consente una rimozione dell'ossido più aggressiva. Le polveri provenienti da spruzzi, da attacchi chimici e le polveri vergini sono state setacciate per ottenere la stessa granulometria per il processo 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 litri di schizzi dal letto di polvere delle stampe LPBF e incisi chimicamente per immersione. Dopo aver selezionato tutte le particelle in base alla stessa gamma di dimensioni, il processo 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 di incisione per acciaio inossidabile. Dopo aver selezionato le particelle nella stessa gamma dimensionale, sono state create tracce singole LPBF utilizzando polveri vergini simili, polveri spruzzate e polveri spruzzate incise in modo efficiente.
Tracce LPBF individuali generate da spruzzi, spruzzi di incisione e polvere vergine. L'immagine ad alto ingrandimento mostra che lo strato di ossido prevalente sulla traccia spruzzata viene eliminato sulla traccia spruzzata e incisa. La polvere originale ha mostrato che alcuni ossidi erano ancora presenti. Crediti immagine: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
La copertura di ossido sulla polvere di spruzzo di 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. La mappatura dell'ampia area, i dati EDX hanno mostrato una riduzione dei livelli di ossigeno dal 13,5% al ​​4,5%.
La polvere spruzzata e incisa presenta un rivestimento di scoria di ossido inferiore sulla superficie della pista rispetto alla polvere spruzzata. Inoltre, l'incisione chimica della polvere aumenta l'assimilazione della polvere sulla pista. L'incisione chimica ha il potenziale per migliorare la riutilizzabilità e la durata della polvere spruzzata o delle polveri di uso comune realizzate con polveri di acciaio inossidabile ampiamente utilizzate e resistenti alla corrosione.
Nell'intero intervallo di granulometria del setaccio da 45 a 63 µm, le particelle agglomerate rimanenti nelle polveri di spruzzo incise e non incise spiegano perché i volumi delle tracce delle polveri incise e spruzzate siano simili, mentre i volumi delle polveri originali sono circa il 50% maggiori. È stato osservato che le polveri agglomerate o che formano particelle satellite influenzano la densità apparente e quindi il volume.
Lo spruzzo inciso presenta un rivestimento di scoria di ossido inferiore sulla superficie della pista rispetto allo spruzzo. Quando gli ossidi vengono rimossi chimicamente, le polveri semi-legate e nude mostrano evidenze di un migliore legame degli ossidi ridotti, che è attribuito a una migliore bagnabilità.
Schema che illustra i vantaggi del trattamento LPBF nella rimozione chimica degli ossidi dalla polvere di spruzzatura nei sistemi in acciaio inossidabile. L'eliminazione degli ossidi consente di ottenere un'eccellente bagnabilità. Crediti immagine: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
In sintesi, questo studio ha utilizzato una procedura di attacco chimico per rigenerare chimicamente polveri 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 attacco di Ralph riscaldata per 1 ora ha comportato una riduzione di 10 volte della copertura dell'area di ossido sulla polvere schizzata.
Gli autori ritengono che la corrosione chimica abbia il potenziale per essere migliorata e utilizzata su scala più ampia per rinnovare più particelle di schizzi riutilizzate o polveri LPBF, aumentando così il valore dei costosi materiali a base di polvere.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. Estensione della durata della polvere nella produzione additiva: incisione chimica degli 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 è incentrata sulla ricerca nel campo della scienza dei materiali, con una specializzazione nello sviluppo di dispositivi ottici e sensori. Possiede una vasta esperienza nella redazione di contenuti, nell'editing, nell'analisi di dati sperimentali e nella 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, dedicarsi al giardinaggio e praticare sport.
Jainism, Subi.(24 maggio 2022).Un nuovo metodo di incisione chimica rimuove gli ossidi dalla polvere di spruzzatura dell'acciaio inossidabile ossidato.AZOM.Estratto 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 spruzzo di acciaio inossidabile ossidato". AZOM. 21 luglio 2022.
Jainism, Subi. "Nuovo metodo di incisione chimica per rimuovere gli ossidi dalla polvere di spruzzatura 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 dalla polvere di spruzzatura di acciaio inossidabile ossidato.AZoM, consultato il 21 luglio 2022, https://www.azom.com/news.aspx?newsID=59143.
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