導(dǎo)讀：就像隱藏的敵人一樣，點(diǎn)蝕會(huì)攻擊金屬表面，使其難以檢測和控制。不銹鋼316L因其出色的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性而被廣泛用于海洋應(yīng)用，特別是在船舶制造中。3D打印技術(shù)為制造這種材料的部件提供了更大的靈活性和復(fù)雜度，但研究表明，即使是這種高彈性材料，也無法避免海水環(huán)境中的點(diǎn)蝕問題。

在最近的一項(xiàng)研究中，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的科學(xué)家們深入探討了3D打印不銹鋼316L在海水環(huán)境中遭受點(diǎn)蝕的原因，揭示了導(dǎo)致該問題的關(guān)鍵因素——被稱為“爐渣”的微小顆粒。

掃描電子顯微鏡下3D打印不銹鋼零件表面的凹坑，圖片來自：LLNL

它們是由錳和硅等脫氧劑形成的。在傳統(tǒng)的316L不銹鋼制造過程中，這些脫氧劑通常在鑄造前添加，以與氧氣結(jié)合并形成可以在制造后輕松去除的固相。然而，在激光粉末床熔融（LPBF）3D打印過程中，爐渣也會(huì)形成，但仍保留在金屬表面并引發(fā)點(diǎn)蝕。

通過使用等離子體聚焦離子束銑削、透射電子顯微鏡和X射線光電子能譜等多種先進(jìn)技術(shù)，LLNL的研究人員能夠詳細(xì)觀察爐渣并分析其化學(xué)和結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，爐渣中含有金屬夾雜物，當(dāng)暴露在類似海水的環(huán)境中時(shí)，金屬夾雜物會(huì)溶解，進(jìn)一步促進(jìn)腐蝕過程。

這項(xiàng)研究同時(shí)指出了一個(gè)重要的問題：盡管在3D打印過程中形成的表面氧化物在高溫下提高材料的某些特性，包括改善機(jī)械性能，但它也帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其是在腐蝕抵抗力方面。

面對這一問題，LLNL的研究人員提出了一個(gè)解決方案：改變3D打印不銹鋼316L的粉末原料配方，以去除錳和硅，從而限制或消除爐渣的形成。此外，通過分析激光熔化軌跡和熔化行為的詳細(xì)模擬，有可能優(yōu)化激光的加工參數(shù)，防止?fàn)t渣達(dá)到表面。相關(guān)研究以《爐渣在模擬海水中增材制造不銹鋼點(diǎn)蝕中的關(guān)鍵作用》的論文發(fā)表在《自然·通訊》上，https://www.nature.com/articles/s41467-024-45120-6。

導(dǎo)讀：就像隱藏的敵人一樣，點(diǎn)蝕會(huì)攻擊金屬表面，使其難以檢測和控制。不銹鋼316L因其出色的機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性而被廣泛用于海洋應(yīng)用，特別是在船舶制造中。3D打印技術(shù)為制造這種材料的部件提供了更大的靈活性和復(fù)雜度，但研究表明，即使是這種高彈性材料，也無法避免海水環(huán)境中的點(diǎn)蝕問題。

在最近的一項(xiàng)研究中，勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）的科學(xué)家們深入探討了3D打印不銹鋼316L在海水環(huán)境中遭受點(diǎn)蝕的原因，揭示了導(dǎo)致該問題的關(guān)鍵因素——被稱為“爐渣”的微小顆粒。

掃描電子顯微鏡下3D打印不銹鋼零件表面的凹坑，圖片來自：LLNL

它們是由錳和硅等脫氧劑形成的。在傳統(tǒng)的316L不銹鋼制造過程中，這些脫氧劑通常在鑄造前添加，以與氧氣結(jié)合并形成可以在制造后輕松去除的固相。然而，在激光粉末床熔融（LPBF）3D打印過程中，爐渣也會(huì)形成，但仍保留在金屬表面并引發(fā)點(diǎn)蝕。

通過使用等離子體聚焦離子束銑削、透射電子顯微鏡和X射線光電子能譜等多種先進(jìn)技術(shù)，LLNL的研究人員能夠詳細(xì)觀察爐渣并分析其化學(xué)和結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，爐渣中含有金屬夾雜物，當(dāng)暴露在類似海水的環(huán)境中時(shí)，金屬夾雜物會(huì)溶解，進(jìn)一步促進(jìn)腐蝕過程。

這項(xiàng)研究同時(shí)指出了一個(gè)重要的問題：盡管在3D打印過程中形成的表面氧化物在高溫下提高材料的某些特性，包括改善機(jī)械性能，但它也帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其是在腐蝕抵抗力方面。

面對這一問題，LLNL的研究人員提出了一個(gè)解決方案：改變3D打印不銹鋼316L的粉末原料配方，以去除錳和硅，從而限制或消除爐渣的形成。此外，通過分析激光熔化軌跡和熔化行為的詳細(xì)模擬，有可能優(yōu)化激光的加工參數(shù)，防止?fàn)t渣達(dá)到表面。相關(guān)研究以《爐渣在模擬海水中增材制造不銹鋼點(diǎn)蝕中的關(guān)鍵作用》的論文發(fā)表在《自然·通訊》上，https://www.nature.com/articles/s41467-024-45120-6。