Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Chalmers ở Thụy Điển và Đại học Kỹ thuật Gebze ở Thổ Nhĩ Kỳ đã nghiên cứu quá trình oxy hóa của IN625 in 3D. Phát hiện của họ đã được công bố trên một bài báo mới trên tạp chí Corrosion Science. 

Nghiên cứu: Tính chất oxy hóa ở nhiệt độ cao của IN625 được sản xuất phụ gia: ảnh huongr của cấu trúc vi mô và kích thước hạt. Hình ảnh: Zyabich/Shutterstock.com

Vật liệu thiết kế cho các ứng dụng chống ăn mòn và nhiệt độ cao

Một số ngành công nghiệp bao gồm sản xuất điện ngoài khơi, ngành hàng không vũ trụ và sản xuất yêu cầu vật liệu có thể chịu được nhiệt độ cao và môi trường ăn mòn. Ngoài khả năng chống ăn mòn cao, vật liệu cho các ứng dụng như động cơ phản lực, lớp lót lò và tuabin khí tĩnh phải có độ bền tốt.

Các siêu hợp kim dựa trên niken đã được chứng minh là ứng cử viên ưu việt cho những vật liệu này, vượt trội hơn các hợp kim nhiệt độ cao và entropy cao khác, Austenit tạo alumin và siêu hợp kim dựa trên coban. Khả năng của các siêu hợp kim này tạo thành các lớp bảo vệ bên ngoài của vảy oxit Cr ₂ O ₃ hoặc Al ₂ o ₃ trên bề mặt bên ngoài của thành phần mang lại cho chúng khả năng chống oxi hóa và ăn mòn vượt trội.

AM IN 625: khối lập phương được sản xuất bổ sung (a), giản đồ của các vết cắt mẫu (b). Tín dụng hình ảnh: Chyrkin, A et al., Khoa học ăn mòn

IN625

IN625 (Inconel 625) là một hợp kim dựa trên niken rèn được phát triển vào những năm 1960. Lần đầu tiên được sử dụng làm vật liệu có độ bền cao cho đường ống hơi nước, các sửa đổi tiếp theo cho IN625 đã cải thiện khả năng hàn và khả năng chống rão của nó. Những sửa đổi này đã dẫn đến sự phát triển của IN718, là hợp kim làm từ niken được sử dụng rộng rãi nhất trong ngành hàng không vũ trụ.

IN625 được sản xuất bằng cách tạo hợp kim niken với molypden, crom và niobi, tạo ra một kim loại có sự kết hợp tối ưu giữa khả năng chống ăn mòn và chống rão. Hợp kim này có thể chịu được một phạm vi nhiệt độ rộng lớn từ nhiệt độ đông lạnh đến khoảng 1000  ^o C.

Chế tạo Superalloys dựa trên Niken với Sản xuất Phụ gia

Sản xuất phụ gia đã được khám phá trong những năm gần đây để sản xuất các siêu hợp kim dựa trên niken. So với các phương pháp sản xuất truyền thống, sản xuất phụ gia, hay còn gọi là in 3D, mang lại những lợi ích đáng kể cho việc chế tạo vật liệu, bao gồm thiết kế dạng tự do, giảm các bước xử lý và sau xử lý, tiết kiệm chi phí và giảm chất thải.

Phản ứng tổng hợp bột là một tập hợp con của sản xuất phụ gia. Các phương pháp này sử dụng tia laze (nấu chảy laze chọn lọc) hoặc chùm tia điện tử (làm tan chảy tia điện tử) để nấu chảy và nung chảy bột trong hệ thống giường bột.

Quá trình nấu chảy bằng tia laze có chọn lọc không cần sử dụng chân không, mang lại lợi thế lớn cho phương pháp nấu chảy bằng chùm tia điện tử. Hơn nữa, kỹ thuật này linh hoạt hơn vì có thể lựa chọn nhiều vật liệu hơn, nó có tốc độ làm mát cao, cho phép loại bỏ bột dễ dàng, cung cấp bề mặt hoàn thiện tốt hơn và quan trọng nhất là tạo ra cấu trúc vi mô hạt mịn tốt hơn trong vật liệu in.

Có hai tính năng chính của in hợp kim sản xuất phụ gia: đông đặc theo hướng và tốc độ làm nguội nhanh. Một số thông số có thể ảnh hưởng đến đặc tính cuối của hợp kim in, bao gồm kích thước chùm tia, mật độ năng lượng laser, tốc độ quét và các đặc điểm của bột như hình thái, phân bố kích thước hạt và độ tinh khiết. Độ dày của lớp có thể thay đổi từ 20 đến 100 µm.

Quá trình sản xuất phụ gia ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô của hợp kim. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã phát hiện ra một số điểm tương đồng giữa các hợp kim IN625 được sản xuất bằng phương pháp nấu chảy bằng tia laze hoặc tia điện tử có chọn lọc.

 

Trong những năm gần đây, đã có những nỗ lực nghiên cứu đáng kể để phân loại ảnh hưởng của cấu trúc vi mô đối với hành vi oxy hóa của các hợp kim dựa trên niken ở nhiệt độ cao. Các nhà nghiên cứu thường đồng ý rằng quá trình oxy hóa nhanh hơn trong các hợp kim được sản xuất thêm so với các hợp kim được sản xuất thông thường của chúng.

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng dị hướng cấu trúc không ảnh hưởng đáng kể đến động học oxy hóa. Hơn nữa, nguồn gốc của sự ăn mòn cao hơn trong các hợp kim này vẫn chưa được hiểu rõ. Hiện nay, có những lỗ hổng nghiên cứu đáng kể trong lĩnh vực hợp kim dựa trên niken được sản xuất thêm.

Ảnh SE của AM IN 625, Y-cut (a, b) và Z-cut. (c, d), AM-HT1 (e), AM-HR (f). Tín dụng hình ảnh: Chyrkin, A et al., Khoa học ăn mòn

 

Nghiên cứu

Có một câu hỏi cơ bản về hành vi oxy hóa trong các hợp kim dựa trên niken được in 3D. Câu hỏi đặt ra là liệu sự khác biệt là do các vi cấu trúc được sản xuất bổ sung cụ thể gây ra hay do chính quá trình sản xuất tạo ra những sai lệch nhỏ trong thành phần hóa học của hợp kim được in.

Để giúp trả lời câu hỏi cơ bản này, các tác giả đã nhằm làm sáng tỏ vai trò của cấu trúc vi mô đối với hoạt động oxy hóa của IN625 được sản xuất bằng phương pháp nấu chảy laser có chọn lọc. Vai trò cụ thể của kết cấu và kích thước hạt đã được khám phá trong nghiên cứu.

IN625 được sản xuất bằng tia laze chọn lọc được so sánh với hợp kim tương tự đã trải qua quá trình cán nóng, rèn nóng và xử lý nhiệt. Điều này nhằm giữ lại thành phần hóa học ban đầu của vật liệu nhưng thay đổi cấu trúc hạt của nó để điều tra ảnh hưởng của cấu trúc vi mô của hợp kim.

Kết quả nghiên cứu

Một số phát hiện chính đã được công bố trong bài báo. Thứ nhất, các tác giả đã chứng minh rằng hình thái oxy hóa giữa các hạt không bị ảnh hưởng bởi việc điều khiển cấu trúc vi mô. Thứ hai, động học oxy hóa trong IN625 được in nhanh hơn so với các hợp kim được sản xuất thông thường ở nhiệt độ cao 900-1000  ^o C.

Trong khi các xử lý nhiệt khác nhau và cán nóng, ở một mức độ nào đó ảnh hưởng đến động học oxy hóa tổng thể của hợp kim, hình thái oxy hóa chính không phụ thuộc vào kích thước hạt. Các tác giả kết luận rằng hành vi oxy hóa của các hợp kim được sản xuất thêm có nhiều khả năng do sự khác biệt nhỏ trong hóa học hợp kim. Quá trình oxy hóa nghiêm trọng giữa các hạt dường như đóng một vai trò quan trọng trong động học oxy hóa cao hơn của các hợp kim dựa trên niken được sản xuất bổ sung.

Hình ảnh BSE của vảy oxit trên AM IN624 được xử lý nhiệt ssau 168 giờ oxy hóa trong không khí ở 900°C (a) AM-HT1 (ủ trong 24 giờ ở 1200 ° C) (b) AM-HT2: (ủ 200 h ở 1100 ° C). Tín dụng hình ảnh: Chyrkin, A et al., Khoa học ăn mòn

Nghiên cứu đã đóng góp quan trọng vào lĩnh vực sản xuất phụ gia cho các hợp kim chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn. Bằng cách phân loại ảnh hưởng của cấu trúc vi mô đến động học và hành vi oxy hóa của hợp kim, các tác giả đã cung cấp thông tin giúp các nhà nghiên cứu trả lời các câu hỏi cơ bản về vật liệu và quy trình, đồng thời hướng dẫn các nghiên cứu trong tương lai trong lĩnh vực này.

(Nguồn: azom.com)

 

Cảm ơn đã theo dõi hết bài viết!!!