Analisi microstrutturale e corrosione: lega di magnesio prodotta tramite stampa 3D SLM
I ricercatori si sono riuniti da tutto il mondo per analizzare i materiali di stampa 3D, delineando i loro risultati in ” Un’analisi microstrutturale e corrosione dettagliata di una lega di magnesio fabbricata in modo additivo prodotta mediante fusione laser selettiva “.
Come i meriti di stampa 3D, produzione-particolare additivo con il metallo-continuano ad offrire vantaggi in una vasta gamma di industrie da automobilistico a aerospaziali a medico , un mercato lucrativo sta emergendo per software, hardware e materiali. Gli autori citano ricavi previsti per oltre $ 11 miliardi entro il 2024, con popolarità crescente per i metalli come:
Acciai inossidabili
Nichel
leghe
Titanio
Alluminio
Una varietà di leghe diverse ha catturato l’interesse degli utenti per i livelli di ricerca e produzione, grazie a proprietà quali resistenza, leggerezza e riciclabilità.
“Sebbene esistano numerosi studi sull’elaborazione, la microstruttura e le proprietà fisiche delle leghe a base di Mg (vedi ad es. [9-17]), ad oggi rimane un rapporto limitato, caratterizzazione e razionalizzazione delle proprietà della struttura di elaborazione le relazioni per le leghe Mg prodotte dall’AM [18-20] “, hanno spiegato i ricercatori.
“In parte ciò è dovuto al fatto che la produzione di leghe a base di Mg da parte di AM è stata considerata complicata, a causa di una serie di fattori che potrebbero includere: problemi di sicurezza associati alla natura reattiva della polvere di Mg; il surriscaldamento e l’ebollizione / evaporazione di Mg attraverso l’interazione con metodi basati su laser; una tendenza all’accensione in presenza di ambienti comuni (Mg può bruciare sotto aria o N2) e persino problemi di catena di approvvigionamento per polvere di Mg di dimensioni e composizione adeguate (rilevante per la polvere a base di AM). “
Cronologia che mostra uno sfondo storico di ricerca e sviluppo di AM-Mg, indicando “punti di riferimento” dal primo studio scientifico sull’utilizzo della polvere di Mg da sinterizzazione, dal [18-29, 33-38]. Le immagini mostrate sul lato sinistro sono state riprodotte con il permesso di Elsevier. Notare la differenza nella complessità geometrica che può essere realizzata da AM (ovvero l’impalcatura) rispetto ad altre tecnologie di produzione all’avanguardia (ovvero la vite di compressione)
Per questo studio, i ricercatori si occupano della “microstruttura, comportamento elettrochimico e risposta alla corrosione di WE43”, come preparato nelle seguenti condizioni: SLM, SLM + HIP e SLM + HIP + trattamento termico. Le condizioni vengono confrontate con l’uso di metodi tradizionali insieme alla valutazione del ruolo dei parametri di elaborazione.
Composizione chimica della polvere WE43 utilizzata per SLM
La fusione laser selettiva (SLM) è stata scelta come tecnica per i campioni di stampa 3D, con la camera di costruzione inondata di argon puro inerte e contenente un sistema di circolazione del gas destinato a prevenire l’ossidazione e il vapore metallico.
(a) La morfologia caratteristica della polvere WE43 e la sua composizione chimica nominale utilizzata per SLM, (b) uno schema del processo SLM utilizzato in questo studio e dei campioni cilindrici prodotti da SLM, e (c) la strategia di scansione utilizzata in questo studia.
“I parametri di processo sono stati ottimizzati in termini di qualità del campione (definito dall’utente per includere densità, precisione dimensionale, proprietà meccaniche ed evaporazione della polvere di Mg). Sono stati preparati campioni cilindrici per le indagini microstrutturali e sulla corrosione con un diametro di 6 mm e un’altezza di 30 mm “, hanno affermato i ricercatori.
L’ottimizzazione dei parametri di processo non è stata al centro di questa ricerca; tuttavia, come hanno sottolineato gli autori, un tale esercizio è ancora estremamente importante per notare le proprietà critiche. Inoltre, poiché i campioni venivano fabbricati nella “zona di ingresso a bassa energia”, la resistenza meccanica era considerevolmente inferiore; viceversa, quando venivano prodotti campioni nella zona ad alta energia, c’era evaporazione dovuta al basso punto di ebollizione a 1090 ° C.
(ac) microfotografie BSE-SEM che rivelano la tipica microstruttura del cast WE43 (le fasi indicate nelle figure 4a-c sono state identificate usando EDXS), (df) analisi EBSD che rivelano la struttura del grano e la trama casuale della lega, e (g ) Spettri XRD che mostrano le fasi in WE43.
Analisi EBSD dei campioni nelle condizioni as-SLMed, SLM + HIP e SLM + HIP + HT. La figura include anche un esempio di figure polari corrispondenti alla mappa EBSD del campione preparato SLM fabbricato usando il parametro 3 (Mappa 3) che esemplifica la forte struttura basale di tutti i WE43 preparati SLM. I campioni sono stati estratti vicino alla superficie superiore con una distanza di 5 mm dalla parte superiore dei cilindri.
“Con parametri laser adeguati (P = 300 W e v = 1200 mm / s), è stato riscontrato che WE43 preparato da SLM presenta una frazione trascurabile di difetti metallurgici e indotti dal processo. È stato anche notato che il trattamento HIP (a 520 ° C, 103 MPa per 4 ore) è un approccio efficace per eliminare i difetti indotti dal processo, ottenendo così campioni (quasi) completamente densi. 2. La WE43 preparata da SLM presentava una microstruttura sostanzialmente diversa rispetto alla fusione WE43. Come principale caratteristica microstrutturale, è stata osservata un’alta densità di scaglie di ossido fine ricche di Y e Nd che si distribuiscono uniformemente nella microstruttura delle leghe preparate SLM (in tutte le condizioni) “, hanno concluso i ricercatori. “È stato proposto che la ridistribuzione piuttosto pronunciata di Zr e Y possa essere considerata responsabile per la maggiore attività catodica della SLM preparata WE43.
“Le forti affinità di Y e Zr per l’ossigeno promuovono la formazione di ossidi durante la polimerizzazione. Le due prossime direzioni di ricerca critica che meritano un importante lavoro in futuro includono la progettazione di nuove sostanze chimiche in lega esplicitamente adatte per SLM (per ritardare la cinetica catodica sulla matrice ricca di Mg) e la modifica del processo di polverizzazione che potrebbe sopprimere l’ossidazione della polvere di lega durante atomizzazione.”