上交大&伦敦大学学院顶刊丨电化学抛光在增材制造金属构件表面处理中的应用

来源： 增材制造硕博联盟

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