选择性激光熔覆制备316L不锈钢的腐蚀与亚稳定点蚀特征外文翻译资料

 2022-06-27 10:06

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C250 Journal of The Electrochemical Society, 164 (6) C250-C257 (2017)

选择性激光熔覆制备316L不锈钢的腐蚀与亚稳定点蚀特征

G. Sander,a,b S. Thomas,a,b,lowast;,z V. Cruz,a,b M. Jurg,a,b N. Birbilis,a,b,lowast;lowast; X. Gao,a,b

M. Brameld,b,c and C. R. Hutchinsona,b

a莫纳什大学材料科学与工程系，澳大利亚维多利亚州3800克莱顿

b伍德赛德创新中心，莫纳什大学，克莱顿，维多利亚州3800，澳大利亚

c伍德赛德能源公司，澳大利亚珀斯WA 6000

奥氏体不锈钢316L是使用选择性激光熔化（SLM）添加制造的。通过电位动力学和恒电位技术研究加成制造（3D打印）样品的腐蚀特性。在SLM期间故意改变生产参数，以生产通过不同激光扫描速度（在860-1160mm / s范围内）和激光功率（在165-285W范围内）制造的316L样品。发现制造参数影响所得样品的孔隙率。本文将3D打印样品的点蚀电位，亚稳定点蚀速率和再钝化电位作为激光扫描速度和激光功率的函数给出，并且在样品孔隙度的情况下进行讨论。将3D印刷的316L的腐蚀特性与锻造的​​316L进行比较，发现对于大多数SLM 316L试样，更高的点​​蚀电位和更低的亚稳定点腐蚀速率，其相关概念在本文中讨论..

copy;作者2017年。由ECS出版。这是根据知识共享署名非商业衍生产品4.0许可（CC BY-NC-ND，http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）发布的开放获取文章，允许在任何媒体上进行非商业性的再利用，分发和复制，前提是原创作品不得以任何方式改变并且被正确引用。有关商业复用的许可，请发送电子邮件至：oa@electrochem.org。 [DOI：10.1149 / 2.0551706jes]保留所有权利。

手稿于2016年12月28日提交; 修订后的原稿收到2017年3月13日。2017年3月25日发布。.

不锈钢是几个行业中极为重要的一类合金。1 不锈钢（SS）的耐腐蚀性归因于合金铬（gt; 11wt％）的存在，使得在金属表面上形成基于氧化铬（Cr2O3）的钝化膜。1–3 镍，氮，钼，碳，铝，铜，硫和硒等元素的添加可以改变不锈钢的耐腐蚀性，强度，延展性，机械加工性和相的存在（及其稳定性）。1–3 不锈钢的类型根据它们的微观结构最方便地分类，分类为：奥氏体，马氏体，铁素体和奥氏体 - 铁素体（双相）。这种结构是通过特定的合金添加剂和冶金加工来实现的。1–4最近已探索出添加剂制造作为生产不锈钢形状的网状物的手段,5–7 从而避免了诸如铸造，轧制，焊接，加工，锻造等传统制造方法的要求。选择性激光熔化（SLM）就是这样一种增材制造方法，它可以通过金属粉末的激光加工来生产致密的产品。在SLM中，使用光纤激光器将金属粉末层以逐层方式连续熔合成必需的3D结构。8–11因此，金属部件本质上是通过像SLM这样的增材制造工艺3D打印成必需的形状。该过程发生在良好控制的气氛（氮气或氩气）中。控制3D打印样品显微结构的主要参数是激光功率和激光扫描速度，因为它们影响金属在固液界面（熔池中）的热梯度和生长速率。12 3D打印样品可能产生的孔隙率取决于熔池的加热和冷却速度。13 激光扫描速度与激光束与金属粉末接触的持续时间有关，从而影响熔化和凝固。已经观察到，当激光功率太低时，金属粉末的熔化可能不均匀并且印刷结构中可能形成孔隙。14,15 Wolf 等人16 观察到，如果激光功率太高，气体可能会陷入印刷结构，导致更高的孔隙率。Verlee等人研究了3D打印的多孔316L（奥氏体不锈钢）试样的力学性能,17 同时也有一些关于加成制造的316（奥氏体不锈钢）一般腐蚀行为的初步报告。18–21

sim;

lowast;Electrochemical Society Member.

lowast;Electrochemical Society Fellow.

zE-mail: sebastian.thomas@monash.edu

虽然金属3D打印本身并不是新鲜事物，但不锈钢的3D打印是相对较新的，这是因为价值主张（即相对节约成本或产生成本效益）传统上对于添加剂制造Ni 或Ti合金。22,23 因此，通过3D打印生产的重要合金316L的腐蚀性能相关的工作量很少。在迄今为止报道的3D打印奥氏体不锈钢腐蚀的少数作品中，结果是不确定的。例如, Sun 等人.19 研究了孔隙度gt; 1.7％（有些情况下高达6.7％）的样品在0.9％NaCl中的SLM 316L，这表明工程材料的孔隙度非常高。这项工作表明，对于测试样品，在3D打印样品的情况下观察到稍高的被动电流密度。然而，在相同的0.9％NaCl电解液中，Zietala 等人20 报道了用LENS方法制备的316L无源电流密度较低，这是一种吹制粉末激光制造工艺。在唯一的其他相关报告中， Trelewicz21 报道了SLM 316L相对于316L的一组极化扫描，表明SLM 316L在0.1 M HCl中表现出“降低的无源性”。然而，该研究报告的数据与0.1M HCl中316L的典型极化响应并不相似,24,25 极化响应可能受缝隙腐蚀的影响。此外，迄今为止还没有出现过更多的腐蚀数据或其重现性（通过重复数据或测试，或通过错误分析或误差线显示数据）。关于3D打印不锈钢的腐蚀性能的文献中似乎存在明显的知识差距。

本研究的目的是分析和关联不同SLM参数（即激光功率和激光扫描速度）对316L试样孔隙率和电化学特性的影响。S通过测试矩阵可以在大量独特的样品上收集大量数据集，从而提供3D打印316L的腐蚀性能的合适概览。3D打印样本的腐蚀特性也与商业锻造316L进行比较。为了更深入地了解SLM 316L的电化学响应，还使用恒电位测试来评估亚点特征，以评估亚稳态点蚀特征。

3D打印不锈钢的腐蚀特性以前没有系统地作为激光功率和激光扫描速度的函数进行系统探讨，也没有报道孔隙率对不锈钢点蚀特性的影响。为研究人员探索3D打印以制造316L SS的316L组件喷射特性

Journal of The Electrochemical Society, 164 (6) C250-C257 (2017) C251

表1. 用于制造本研究中研究的不同样品的SLM参数。

Sample

Laser Scan Speed (mm/s)

Laser Power (W)

1

960

285

2

960

245

3

960

205

4

960

165

5

1060

285

6

1160

285

7

860

285

提供参考，为研究人员探索3D打印以制造316L组件提供参考。

实验

材料.—TLS Technik GmbH（德国）提供了球形颗粒尺寸分布为10-53mu;m的AISI 316L不锈钢粉末。使用具有固定激光直径为100mu;m的Yb-光纤激光器（1070nm）和惰性氮气净化气氛的EOS M280（EOS GmbH，Krailling，德国）使用选择性激光熔融（SLM）。激光功率和扫描速度的主要激光曝光参数随着每个独特试样的建造/印刷而变化，所有其他参数保持不变。首先，激光扫描速度保持固定在960mm / s，激光功率在165至285W之间变化。然后，激光功率保持固定在285W，激光扫描速度从860mm / s变化到1160mm / s。所有样品均以相同的构造生产，芯部曝光的激光通过之间的距离（孵化距离）为110mu;m，层厚度为40mu;m。表1显示了本研究中用于制造不同样品的激光功率和激光扫描速度。样品取自每个立方样品边缘附近，在垂直于构建方向的表面上进行电化学测试和孔隙度测量。锻造316L来自Interalloy（澳大利亚维多利亚）。表2列出了锻造316L和粉末316L的化学成分。

孔隙度测定—使用碳化硅纸通过表面研磨将样品金相制备成P2500粗砂表面处理。然后使用金刚石颗粒悬浮液将它们抛光至1mu;m的表面光洁度并进行超声波清洁。然后用光学显微镜观察抛光表面。在5-20倍的不同放大倍数下收集图像，并使用ImageJ软件分析所得图像。

然后使用来自每个样品的各种放大倍数的众多图像的统计学方法量化样品的孔隙率。

循环动电位极化(CPP).—安装的样品先后磨成P2000砂砾表面，然后在超声波浴中彻底清洗。然后将每个样品（工作电极）引入到包含饱和甘汞参比电极（RE）和铂网对电极（CE）的电化学平坦电池中。所使用的电解质是NaCl溶液（0.58％w / V，0.1M）。使用稀释溶液来最小化SS的定位腐蚀，以便在分析来自恒电位测试的电流瞬变过程中可以容易地识别亚稳态点蚀事件。循环动电位极化法测试使用1 mV / s的扫描速率，从0.25 V（vs. OCP）开始至1.0 VSCE。扫描方向在100mu;A/ cm2时反转。 在极化之前，使样本测试电解质中保持稳定，在此期间测量样本的开路电位（OCP）。对于每个样本，循环动电位极化至少重复5次，以确保收集数据的可重复性和一致性。

minus;

恒电位测试.—为了避免电位实验过程中亚稳态点蚀事件的重叠，对亚稳点蚀的表征需要将暴露金属的一小部分暴露于测试电解质中。26 因此，3D打印的立方体被加工成平均面积为3平方毫米的样品。标本嵌入环氧树脂，一端电连接。 环氧树脂支架/样品接口使用漆膜绝缘，以防止电化学测试期间的缝隙腐蚀。常规的三电极装置用于CPP的恒电位实验，包括相同的电解质（0.1M NaCl）。通过CPP测量，恒电位期间施加的电位比相应样本的平均点蚀电位（Epit）低0.1 VSCE。因此，所有样品均采用相对于Epit的固定欠电位进行测试，这被称为是用于比较不同样品的亚稳态点蚀特性的最适合方式。27通过恒电位实验产生的电流瞬变监测30分钟，并利用Cavanaugh提供的自动峰值计数方法进行评估。28

扫描电子显微镜和电子背散射衍射。—使用扫描电子显微镜（SEM）以二次电子（SE）模式表征抛光的316L样品。 EBSD图像也采用电子背散射衍射（EBSD）系统收集。 通过TSL定向图像映射软件分析晶粒尺寸。

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