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Em um artigo recente publicado na revista Additive Manufacturing Letters, pesquisadores discutem a utilidade de respingos de aço inoxidável gravados quimicamente para prolongar a vida útil do pó na manufatura aditiva.
Pesquisa: Prolongando a vida útil do pó na manufatura aditiva: Ataque químico de respingos de aço inoxidável. Crédito da imagem: MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
As partículas de respingo na Fusão Seletiva a Laser em Leito de Pó Metálico (LPBF) são produzidas por gotículas fundidas expelidas da poça de fusão ou por partículas de pó aquecidas a temperaturas próximas ou acima do ponto de fusão ao passarem 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 a fusão por LPBF atinjam a superfície, ainda que brevemente, é provável que ocorra a difusão de elementos voláteis para a superfície, e esses elementos com alta afinidade pelo oxigênio produzem espessas camadas de óxido.
Como a pressão parcial de oxigênio na LPBF é geralmente maior do que na atomização a gás, a possibilidade de ligação com o oxigênio aumenta.
Sabe-se que respingos de aço inoxidável e ligas à base de níquel oxidam rapidamente, formando ilhas com 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 deste método a respingos metálicos mais típicos de LPBF demonstra que a renovação química é crítica para o processo de fabricação de pó da maneira usual.
(a) Imagem de MEV 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 ataque químico para remover óxidos da superfície de pós de aço inoxidável oxidado provenientes de salpicos. A dissolução do metal ao redor e abaixo das ilhas de óxido no pó é utilizada como o principal mecanismo de remoção do óxido, o que permite uma remoção mais agressiva. Os pós provenientes de salpicos, atacados químico e virgens foram peneirados para a mesma faixa de tamanho de partícula para o processamento por LPBF (fusão seletiva a laser em fase líquida).
A equipe demonstrou como remover óxidos de partículas de respingos de aço inoxidável, especialmente aquelas isoladas por técnicas químicas que formam ilhas de óxido ricas em Si e Mn na superfície do pó. Respingos de aço inoxidável 316L foram coletados do leito de pó das impressões LPBF e gravados quimicamente por imersão. Após a triagem de todas as partículas para a mesma faixa de tamanho, o processo 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 corrosão diferentes para aço inoxidável. Após a triagem para a mesma faixa de tamanho, trilhas únicas de LPBF foram criadas usando pós virgens semelhantes, pós de pulverização e pós de pulverização corroídos de forma eficiente.
Traços individuais de LPBF gerados a partir de respingos, respingos de corrosão e pó original. A imagem de alta ampliação mostra que a camada de óxido predominante no traço pulverizado é eliminada no traço pulverizado após corrosão. O pó original mostrou que alguns óxidos ainda estavam presentes. Crédito da imagem: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
A área de cobertura de óxido no pó de aço inoxidável 316L diminuiu em um fator de 10, de 7% para 0,7%, após o reagente de Ralph ser aquecido a 65 °C em banho-maria por 1 hora. O mapeamento da grande área, por meio de dados EDX, mostrou uma redução nos níveis de oxigênio de 13,5% para 4,5%.
O pó depositado por ataque químico apresenta uma camada de óxido mais fina na superfície da pista em comparação com o pó depositado por corrosão química. Além disso, o ataque químico do pó aumenta a sua assimilação na pista. O ataque químico tem o potencial de melhorar a reutilização e a durabilidade do pó depositado por ataque químico ou de pós de uso em massa fabricados a partir de pós de aço inoxidável amplamente utilizados e resistentes à corrosão.
Em toda a faixa de tamanho de peneira de 45 a 63 µm, as partículas aglomeradas remanescentes nos pós de respingos, tanto após ataque químico quanto sem, explicam por que os volumes residuais dos pós após ataque químico e de respingos são semelhantes, enquanto os volumes dos pós originais são aproximadamente 50% maiores. Observou-se que os pós aglomerados ou formadores de partículas satélites afetam a densidade aparente e, consequentemente, o volume.
Os respingos gravados apresentam uma camada de escória de óxido menor na superfície da pista em comparação com os respingos não gravados. Quando os óxidos são removidos quimicamente, os pós semiligados e sem revestimento demonstram evidências de melhor ligação dos óxidos reduzidos, o que é atribuído a uma melhor molhabilidade.
Esquema ilustrando os benefícios do tratamento LPBF na remoção química de óxidos do pó depositado por respingos em sistemas de aço inoxidável. A eliminação dos óxidos proporciona excelente molhabilidade. Crédito da imagem: Murray, J. W, et al, Additive Manufacturing Letters
Em resumo, este estudo utilizou um procedimento de ataque químico para regenerar quimicamente pós de aço inoxidável altamente oxidados, provenientes de respingos de metal, por imersão no reagente de Ralph, uma solução de cloreto férrico e cloreto cúprico em ácido clorídrico. Observou-se que a imersão na solução de ataque de Ralph aquecida por 1 hora resultou em uma redução de 10 vezes na área de cobertura de óxido sobre o pó respingado.
Os autores acreditam que a corrosão química tem potencial para ser aprimorada e utilizada em maior escala para renovar múltiplas partículas de respingos reutilizadas ou pós de LPBF, aumentando assim o valor de materiais caros à base de pó.
Murray, JW, Speidel, A., Spierings, A. et al. Extending powder life in additive manufacturing: chemical etching of stainless steel sputter.Additive Manufacturing Letters 100057 (2022).https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772369022000317
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Jainismo, Subi. (24 de maio de 2022). Novo método de corrosão química remove óxidos do pó 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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