上交大-伦敦大学学院顶刊：电化学抛光在增材制造金属构件表面处理中的应用

时间：2024-05-24 09:31 来源：增材制造硕博联盟作者：admin 阅读：次

增材制造（AM）技术的出现，将大规模生产的效率和灵活性提升到一个全新的高度，正在彻底颠覆制造业。近年来，AM由于具有设计自由度高、研发效率高、装配步骤少、产品开发周期短以及原材料利用率高等特点，极大程度改变了加工效率、成本和生产周期，受到了业界的广泛关注。与传统的铸造或锻造工艺相比，使用增材制造技术生产的金属零件（AMed）具有极高的硬度和屈服强度，因此广泛应用于航空航天，医疗和能源等领域。

图1. 应用在AM中的电化学体系结构

然而，AMed预制件的几何精度和表面质量无法满足高性能金属零件的应用要求，需要经过后处理才能得到更高表面质量的AMed零件。减材制造可以有效提高AMed预制件的表面光洁度和机械性能，是AMed预制件后处理的主要手段。传统减材制造，包括精加工、抛光、研磨、铣削等手段，在工具磨损、加工效率、材料去除和应用范围等方面均存在不同的缺陷。另外，一些复杂的AMed预制件难以通过单一的传统减材技术处理；不锈钢、回火钢、硬化镍基或钛基合金等硬质材料的AMed预制件，在进行传统减材制备后处理时加工效率较低。因此，对减材制造技术进行进一步的探索和改进，使其更好地服务于AMed零件的表面处理至关重要。

电化学技术被认为是改善制造零件表面粗糙度，机械性能，耐腐蚀性和生物相容性的有前途的方法，在增材制造领域备受关注。本文的工作主要集中在定向能量沉积（DED）或激光粉末床熔融（L-PBF）制造的金属上，并根据溶解曲线对现有电化学理论在AMed金属部件的应用进行系统性的评估。根据溶解曲线的不同区域（钝化、抛光和点蚀），全面且详细地阐述电化学技术的适用原理。另外还全面讨论了电解液类型、电化学参数、材料特性、电化学加工方法等主要影响因素。最后，详细介绍了电化学复合制造的可能性和实际应用。

相关研究成果以题 “Application of electrochemical polishing in surface treatment of additively manufactured structures: A review” 发表在国际期刊 Progress in Materials Science上。

图2. （a）SEM（b）具有各种几何形状的电解抛光样品的光学图像

图3.抛光电解液类型和电流密度不同的L-PBF 316L不锈钢的表面形貌和SEM图

图4.PEO 处理前后制造的SLM Ti6Al4V支架的SEM 图像

论文链接:
https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2023.101109

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