
金属粉末床熔融(PBF)技术作为一种先进的增材制造方法,因其高精度和复杂结构成型能力,在航空航天、医疗器械及模具制造等领域得到了广泛应用。然而,PBF制备的零件内部往往存在不同程度的孔隙,这些孔隙的形成主要源于粉末颗粒的堆积方式、激光参数设置及熔池流动特性等因素。尽管孔隙在一定程度上不可避免,但其对构件的性能,特别是耐蚀性能影响显著,成为制约PBF技术进一步推广的关键问题之一。
盐雾腐蚀是一种典型的加速腐蚀试验方法,广泛用于模拟海洋环境下金属材料的腐蚀行为。PBF件的内部孔隙作为潜在的腐蚀敏感点,会在盐雾环境中显著影响腐蚀机理。孔隙内的局部环境往往与外部环境截然不同,孔隙中的水分和盐分滞留时间延长,形成高浓度盐溶液的局部区域,促进了点蚀和缝隙腐蚀的发生。此外,孔隙表面通常存在较多未完全熔融的粒子和微观裂纹,这些微观缺陷进一步增强了腐蚀介质的侵入和扩散,降低了材料的整体耐腐蚀性。
从电化学角度分析,孔隙处的腐蚀反应表现出较强的阴阳极效应。孔隙边缘的金属表面由于表面能的差异很可能成为阳极区域,优先发生金属溶解,而孔隙内部则形成相对惰性的阴极区,促使腐蚀反应自催化加速。随着腐蚀进程的发展,孔隙内部材料逐渐被蚀除,孔隙体积增大,导致构件力学性能的衰减,尤其是在疲劳性能和抗断裂韧性方面影响显著,这对于承受复杂载荷的工程零件无疑是极为不利的。
材料的致密化处理和工艺优化是控制PBF件内部孔隙及其腐蚀敏感性的有效途径。通过优化激光功率、扫描速度和扫描策略,可以促进粉末的充分熔融与重熔,降低孔隙率。此外,后续热处理如热等静压(HIP)工艺能够进一步消除残余孔隙,提高材料致密度,从而显著改善盐雾腐蚀环境下的性能表现。已有研究表明,经过HIP处理的PBF件,其孔隙含量和尺寸均大幅减少,有效抑制了由孔隙引发的局部腐蚀反应。
另一方面,表面改性技术如化学钝化、阳极氧化以及涂层保护等方法,同样对提高PBF件的耐盐雾腐蚀能力有积极作用。通过在表面形成致密的保护层,能够隔绝腐蚀介质与金属基体的直接接触,减缓孔隙中腐蚀介质的渗透速度,降低腐蚀速率。特别是针对孔隙造成的腐蚀敏感区域,定向的表面处理策略可以显著提升构件的寿命和可靠性。
综上所述,PBF件内部孔隙作为腐蚀敏感区,不仅加速了盐雾环境中的腐蚀进程,还严重影响机械性能和使用寿命。通过工艺参数优化、热处理及表面保护等综合措施,可以有效控制孔隙的产生及其腐蚀效应,提升PBF制品在复杂服役环境中的耐久性。未来研究需进一步结合多尺度模拟和先进表征技术,深入揭示孔隙对腐蚀机理的微观影响规律,为高性能PBF件的工业应用提供理论支撑和技术保障。