Proses Rawatan Permukaan untuk Komponen Logam Cetakan 3D: Pemilihan dan Aplikasi Anodisasi, Penyaduran, Semburan dan Pasivasi

Pengenalan: Mengapa Komponen Logam Cetakan 3D Memerlukan Rawatan Permukaan

Komponen logam yang dibentuk melalui peleburan katil serbuk laser (SLM) boleh mencapai ketumpatan dalaman melebihi 99%, namun kekasaran permukaan bebas, sisa serbuk yang tidak cair dan liang terbuka pada permukaan biasanya tidak dapat memenuhi keperluan aplikasi berfungsi secara langsung. Dari segi ketahanan kakisan, ketahanan haus, kekonduksian, penebatan atau penampilan, keadaan cetakan asal hampir pasti mempunyai kekurangan. Rawatan permukaan ialah langkah penting untuk mengubah komponen yang “selesai dicetak” menjadi “komponen kejuruteraan yang boleh dihantar”, dan juga merupakan proses yang sering dipandang rendah dalam menghubungkan pembuatan aditif dengan aplikasi akhir.

1. Prarawatan Permukaan: Menjadikan Permukaan Bersih, Rata dan Terkawal Terlebih Dahulu

Kekasaran permukaan asal komponen SLM biasanya berada pada Ra 6 hingga 12μm, dengan kewujudan zarah tersferoid dan sisa akar sokongan. Sebelum memasuki sebarang rawatan susulan, Ra perlu diturunkan kepada 1.6 hingga 3.2μm melalui semburan pasir, shot peening atau pengisaran manual, di samping membuang sepenuhnya sisa sokongan dan serbuk yang tidak cair. Perlu diberi perhatian khusus bahawa komponen logam cetakan 3D umumnya mempunyai liang terbuka pada permukaan. Pada peringkat prarawatan, pembersihan ultrasonik bersama alkohol atau agen pembersih beralkali perlu digunakan untuk membilas serbuk dalam liang dengan bersih; jika tidak, larutan penyaduran atau bahan penutup boleh tertinggal dalam liang dan menjadi punca kakisan jangka panjang.

2. Anodisasi: Terutamanya untuk Aloi Aluminium, Mengimbangi Penebatan dan Ketahanan Kakisan

Komponen cetakan aloi aluminium seperti AlSi10Mg dan 6061 paling sesuai untuk anodisasi asid sulfurik, yang boleh membentuk filem aluminium oksida setebal 5 hingga 25μm pada permukaan, sekali gus meningkatkan ketahanan kakisan dan sifat penebatan permukaan dengan ketara, serta membolehkan kesan hiasan melalui pewarnaan. Titik utama proses ialah: menutup liang terbuka permukaan terlebih dahulu, kemudian mengawal voltan pengoksidaan pada 12 hingga 20V dan suhu elektrolit pada 15 hingga 22℃; apabila ketebalan filem melebihi 20μm, kerapuhan dan pertambahan dimensi perlu dinilai. Walaupun aloi titanium TC4 juga boleh dianodisasi untuk pewarnaan, filem oksidanya nipis dan lekatan dengan substrat lemah, maka proses khusus perlu digunakan dan ketebalan filem mesti dikawal; parameter aloi aluminium tidak boleh digunakan secara langsung.

3. Penyaduran Elektrik dan Penyaduran Kimia: Tembaga, Nikel dan Perak untuk Meningkatkan Kekonduksian serta Ketahanan Haus

Permukaan keluli tahan karat 316L dan aloi titanium TC4 mempunyai keinertan kimia yang tinggi, menyebabkan penyaduran elektrik secara langsung sangat mudah mengelupas. Urutan yang betul ialah: nyahgris dan buang lapisan oksida terlebih dahulu, kemudian rawat dengan agen pengaktifan khusus, diikuti penyaduran kilat lapisan logam asas. Penyaduran kimia nikel boleh menghasilkan lapisan saduran seragam setebal 3 hingga 10μm pada rongga dalaman kompleks dan permukaan berbentuk tidak sekata, dengan kekerasan mencecah 500 hingga 600HV, sekali gus meningkatkan ketahanan haus dengan jelas. Risiko utama ialah larutan terperangkap dalam liang dan kerapuhan hidrogen: selepas penyaduran, penyahhidrogenan suhu tinggi mesti dilakukan, contohnya pada 200℃ selama 2 hingga 4 jam, dan lubang tembus serta lubang buta perlu ditutup dengan baik bagi mengelakkan sisa larutan penyaduran mencetuskan kakisan titik.

4. Semburan dan Salutan: Menggabungkan Penghalang Haba, Ketahanan Haus dan Penampilan

Semburan plasma, semburan arka, salutan elektroforesis dan salutan serbuk sering digunakan untuk ketahanan haus, perlindungan kakisan atau keseragaman penampilan. Untuk komponen bahagian panas yang memerlukan penebatan haba, salutan penghalang haba zirkonia boleh disembur; untuk komponen penampilan, salutan elektroforesis atau salutan serbuk boleh menutup corak cetakan. Perlu diingat bahawa semburan terma melibatkan input haba, yang boleh menyebabkan ubah bentuk pada struktur berdinding nipis atau julur. Oleh itu, sebelum semburan, pengapitan dan simulasi ubah bentuk terma perlu dilakukan, serta toleransi ketebalan salutan dikawal dalam lingkungan ±0.05mm.

5. Pasivasi dan Filem Pasif: Garis Asas Ketahanan Kakisan untuk Keluli Tahan Karat dan Aloi Titanium

Selepas keluli tahan karat 316L menjalani pasivasi menggunakan asid nitrik atau asid sitrik, permukaannya menjadi kaya kromium dan membentuk filem pasif Cr2O3 yang padat, dengan potensi kakisan titik boleh meningkat lebih daripada 200mV. Ini merupakan proses wajib untuk peranti perubatan dan komponen bersentuhan makanan. Selepas rawatan haba, aloi titanium TC4 akan membentuk lapisan alfa kaya oksigen pada permukaan, yang perlu dibuang melalui pengasidan dan pasivasi; jika tidak, ia akan menjejaskan lekatan salutan susulan dan prestasi keletihan. Pasivasi bukan bermaksud “semakin pekat semakin baik”; kepekatan dan suhu yang melampaui had sebaliknya boleh merosakkan kesinambungan filem.

6. Keputusan Pemilihan Proses dan Kesilapan Lazim

Pemilihan proses harus mengikuti turutan “bahan—fungsi—persekitaran penggunaan—kos”: aloi aluminium diutamakan untuk anodisasi, komponen konduktif dan tahan haus sesuai dengan penyaduran kimia nikel, persekitaran menghakis memilih pasivasi, manakala penampilan dan penebatan haba memilih semburan. Empat kesilapan yang paling kerap diabaikan ialah: larutan terperangkap dalam liang menyebabkan kakisan tertunda, ketebalan salutan menyebabkan dimensi pemasangan melebihi toleransi, kerapuhan hidrogen menyebabkan komponen berkekuatan tinggi patah rapuh, dan lekatan tidak mencukupi berpunca daripada prarawatan yang tidak menyeluruh. Memasukkan rawatan permukaan ke dalam semakan DFM ialah kaedah asas untuk mengelakkan kerja semula semasa penghantaran.

Kesimpulan

Rawatan permukaan ialah langkah terakhir yang menentukan peralihan cetakan 3D logam daripada prototaip kepada penghantaran kejuruteraan. Dengan memahami sempadan keserasian antara bahan dan proses yang berbeza, serta mengawal prarawatan dan penutupan liang dengan baik, hasil yang stabil dan boleh dipercayai dapat dicapai dari segi ketahanan kakisan, ketahanan haus, kekonduksian dan penampilan.