上交大&倫敦大學學院頂刊丨電化學拋光在增材制造金屬構件表面處理中的應用

來源： 增材制造碩博聯(lián)盟

增材制造（AM）技術的出現，將大規(guī)模生產的效率和靈活性提升到一個全新的高度，正在徹底顛覆制造業(yè)。近年來，AM由于具有設計自由度高、研發(fā)效率高、裝配步驟少、產品開發(fā)周期短以及原材料利用率高等特點，極大程度改變了加工效率、成本和生產周期，受到了業(yè)界的廣泛關注。與傳統(tǒng)的鑄造或鍛造工藝相比，使用增材制造技術生產的金屬零件（AMed）具有極高的硬度和屈服強度，因此廣泛應用于航空航天，醫(yī)療和能源等領域。

圖1. 應用在AM中的電化學體系結構

然而，AMed預制件的幾何精度和表面質量無法滿足高性能金屬零件的應用要求，需要經過后處理才能得到更高表面質量的AMed零件。減材制造可以有效提高AMed預制件的表面光潔度和機械性能，是AMed預制件后處理的主要手段。傳統(tǒng)減材制造，包括精加工、拋光、研磨、銑削等手段，在工具磨損、加工效率、材料去除和應用范圍等方面均存在不同的缺陷。另外，一些復雜的AMed預制件難以通過單一的傳統(tǒng)減材技術處理；不銹鋼、回火鋼、硬化鎳基或鈦基合金等硬質材料的AMed預制件，在進行傳統(tǒng)減材制備后處理時加工效率較低。因此，對減材制造技術進行進一步的探索和改進，使其更好地服務于AMed零件的表面處理至關重要。

電化學技術被認為是改善制造零件表面粗糙度，機械性能，耐腐蝕性和生物相容性的有前途的方法，在增材制造領域備受關注。本文的工作主要集中在定向能量沉積（DED）或激光粉末床熔融（L-PBF）制造的金屬上，并根據溶解曲線對現有電化學理論在AMed金屬部件的應用進行系統(tǒng)性的評估。根據溶解曲線的不同區(qū)域（鈍化、拋光和點蝕），全面且詳細地闡述電化學技術的適用原理。另外還全面討論了電解液類型、電化學參數、材料特性、電化學加工方法等主要影響因素。最后，詳細介紹了電化學復合制造的可能性和實際應用。

相關研究成果以題 “Application of electrochemical polishing in surface treatment of additively manufactured structures: A review” 發(fā)表在國際期刊 Progress in Materials Science上。

圖2. （a）SEM（b）具有各種幾何形狀的電解拋光樣品的光學圖像

圖3.拋光電解液類型和電流密度不同的L-PBF 316L不銹鋼的表面形貌和SEM圖

圖4.PEO 處理前后制造的SLM Ti6Al4V支架的SEM 圖像

論文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101109