上交大&倫敦大學(xué)學(xué)院頂刊丨電化學(xué)拋光在增材制造金屬構(gòu)件表面處理中的應(yīng)用

來(lái)源： 增材制造碩博聯(lián)盟

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

圖1. 應(yīng)用在AM中的電化學(xué)體系結(jié)構(gòu)

然而，AMed預(yù)制件的幾何精度和表面質(zhì)量無(wú)法滿足高性能金屬零件的應(yīng)用要求，需要經(jīng)過(guò)后處理才能得到更高表面質(zhì)量的AMed零件。減材制造可以有效提高AMed預(yù)制件的表面光潔度和機(jī)械性能，是AMed預(yù)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(yīng)用范圍等方面均存在不同的缺陷。另外，一些復(fù)雜的AMed預(yù)制件難以通過(guò)單一的傳統(tǒng)減材技術(shù)處理；不銹鋼、回火鋼、硬化鎳基或鈦基合金等硬質(zhì)材料的AMed預(yù)制件，在進(jìn)行傳統(tǒng)減材制備后處理時(shí)加工效率較低。因此，對(duì)減材制造技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的探索和改進(jìn)，使其更好地服務(wù)于AMed零件的表面處理至關(guān)重要。

電化學(xué)技術(shù)被認(rèn)為是改善制造零件表面粗糙度，機(jī)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(lǐng)域備受關(guān)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(jù)溶解曲線對(duì)現(xiàn)有電化學(xué)理論在AMed金屬部件的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)性的評(píng)估。根據(jù)溶解曲線的不同區(qū)域（鈍化、拋光和點(diǎn)蝕），全面且詳細(xì)地闡述電化學(xué)技術(shù)的適用原理。另外還全面討論了電解液類型、電化學(xué)參數(shù)、材料特性、電化學(xué)加工方法等主要影響因素。最后，詳細(xì)介紹了電化學(xué)復(fù)合制造的可能性和實(shí)際應(yīng)用。

相關(guān)研究成果以題 “Application of electrochemical polishing in surface treatment of additively manufactured structures: A review” 發(fā)表在國(guó)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(xué)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