《IMR》I：删材造制纷歧锈钢腐化功能颁发顶刊综述

导读：增材制造（AM）因为快速加热和冷却轮回以及较大的温度梯度相形成了庞大的热历程，这些热历程直接影响终极的微观布局，这些特性有望导致AM不锈钢的腐化特性产生改变。现在，这种改变还没有得到很好的了解。本文通过评估AM不锈钢的奇特微观布局特性对腐化举动的影响，对腐化特性举行了严厉的批评，重点研究了新的腐化征象和局部腐化的选定临界情势，包罗点蚀，晶间腐化，委顿腐化和应力腐化开裂。对这些腐化征象和举动的机理以及重要影响身分举行了商议，从而为种种腐化条件下增材制造不锈钢的将来进展提出了发起。

增材制造（AM），也称为3D打印，已成为一种先辈的制造技能，用于生产庞大的金属零件，通常利用高能激光或电子束以逐层层叠的方法举行生产。AM是一种通用技能，已用于处置惩罚种种金属和合金，比方钢、镍基超等合金、铝合金、钛合金等，可生产实用于种种行业应用的组件，比方汽车、航空航天、医疗、国防以及煤油和自然气生产，这些应用情况大概具有很高的腐化性。AM中的分层要领与一系列的轮回快速加热和冷却以及较大的温度梯度相干联，从而导致庞大的热历程，直接影响终极的微观布局，机器性能和腐化特性。是以，量化和了解这种影响有助于确保在种种产业情况中有用，宁静和长期地利用AM零件。

不锈钢是金属增材制造研究范畴中研究最遍及的合金之一，缘故原由是其杰出的耐腐化性和很多行业所需的精良机器性能。它们约占2018年利用的全部AM钢粉的55.6％ ，316L不锈钢是最紧张的工程合金之一，已成为大多数有关增材制造钢的腐化研究的重点。在已往的几年中，对AM不锈钢在种种利用条件下的腐化特性的研究有所增添。固然种种AM金属质料的腐化性能已由Sander等人Kong等人和Ornek等人举行了综述，但尚未对AM不锈钢的腐化特性和举动举行论述。

在此，迪肯大学Mike Y. Tan传授团队通过对现在利用AM加工的不锈钢腐化举动举行了研究，格外存眷奥氏体，沉淀硬化和双相不锈钢，探究了AM不锈钢的腐化举动。通过对AM不锈钢与通例生产的同类产物举行比力阐发，展现了它们腐化差别背后的机理，为对AM不锈钢的腐化举动的既定了解增添了新的了解，并为将来的进展奠基了底子。相干研究效果以题“A critical review of corrosion characteristics of additively manufactured stainless steels”颁发在综述期刊International Materials Reviews上。

http://doi.org/10.1080/09506608.2020.1855381

AM不锈钢通常体现出多方面的，不匀称的微观布局以及高残留应力，这使腐化举动和机理越发庞大。孔隙度在AM不锈钢的腐化特性（比方钝化，点蚀和腐化腐化）中起着至关紧张但倒霉的作用。因为存在孔隙，低密度AM不锈钢表现出较低的耐点蚀性。如许的孔，格外是LOF孔，被确定为更简单产生点蚀的部位，由于在存在LOF孔的情形下可以简单地确定坑的稳健性的要害条件。然而，孔隙对AM不锈钢中凹坑萌生的作用仍旧是正在举行的研究和商议的主题。

图1 最常研究的粉末床工艺变量的表示图：功率，扫描速率，舱口间距和层厚。

层厚。

图2 SLM生产的316LSS的典范微观布局。（a，b）分别是SLM生产的316LSS的横截面和堆叠截面的光学显微照片，表现了凝集轨迹和熔池。（c）蚀刻样品的高倍SEM图像表现尺寸约1μm的凝集池。（d）SLM生产的316L SS在横截面上的EBSD逆极图（IPF）图，表现了晶粒取向，尺寸和形状。（e） （d）中雷同样品的EBSD IPF图，但朝堆叠偏向。（f）通例生产的316L SS的EBSD IPF图。（g）差别SLM生产的316L SS的EBSD IPF图，在堆叠偏向上表现出更长的柱状晶粒。（d）中的堆叠偏向垂直于页面，而（e）中的堆叠偏向从左至右。（h–j）AM不锈钢中一些常见缺陷的SEM图像。（h）和（i）中的箭头表现球形气体孔隙。

图3 AM和通例生产的316L SS中的典范混合物。（a）背散射SEM图像表现在SLM生产的316L SS中球形纳米混合物的漫衍相对匀称，而且具有暗比拟度。（b）HRTEM图像以及纳米混合物之一的衍射图样，评释其非晶态。（c）SEM/EDS图像表现微米级混合物富含O，Si，Mn和Al。（d）纳米级混合物的STEM / EDS图像，其元素构成与微米级混合物相似。STEM / EDS图还表现了Cr和Mo偏析到凝集的胞壁上。（e）通例316L SS中常见的MnS混合物的SEM / EDS阐发，评释混合物的尾部（箭头所示）的确是MnS混合物。

图4.（a）在0.6 M NaCl溶液中记载的动电极化曲线，表现SLM生产的316L SS的无源电流密度与通例生产的相称。（b）在1N H2SO4中记载的电位动力学极化曲线评释，DMLS生产的316L SS的无源电流密度险些是其通例生产的无源电流密度的8倍。

图7.孔隙率范畴为0.015到7的AM奥氏体不锈钢样品的典范点蚀电位与孔隙率的干系评释，孔隙率对耐点蚀性有庞大影响。

图9 浸入FeCl3溶液中一周后，AM奥氏体不锈钢的孔进展的三维CT阐发。（a，b）表现出低密度（~97.3％）SLM生产的样品，表现出高程度的腐化，导致整个样品内部被腐化，仅留下一个壳体。（c，d）表现了SLM生产的更高密度（~99.1％）样品的CT重修图像，浸没测试后形成了两个大坑（在（d）中用橙赤色表现）。（e，f）是在浸入FeCl3溶液之前和之后在（d）中形成下凹坑的地区的放大图。（e，f）中的差别灰度图案表现单个LOF孔。只有当腐化性电解液从外外貌渗透样品时，质料内部的腐化才会产生。腐蚀性电解液的大概进入点在（e）中标志为1-4，其他两个瞄准点标志为A和B。白色椭圆表现腐化引起的凹坑斲丧了一些LOF孔。

图11 颠末差别后处置惩罚的AM 316L SS横截面的（a，c，e，g）SEM图像和（b，d，f，h）EBSD IPF图：（a，b）AM制备，（c，d）电抛光，（e，f）抛光机抛光，（g，h）反向扫描/重熔。（i，j）在21±1°C下于0.6 M NaCl溶液中记载的具有差别外貌处置惩罚条件的AM样品的代表性电势极化曲线。

图14 热后处置惩罚后混合物变化对SLM生产的316L SS的点蚀性能的影响。（a）经热处置惩罚的SLM生产的样品的点蚀电位值，评释在1000°C以上热处置惩罚样品的点蚀电位急剧降落。（b）基于SEM / EDS阐发测得的MnS混合物数目密度与热处置惩罚条件的干系，这评释当温度高于1000°C时，由SLM生产的316L SS中会形成MnS混合物。给出了SLM生产的316L SS的MnS混合物的两个例子的SEM / EDS图像，在（c）1200°C热处置惩罚60分钟，（d）1100°C热处置惩罚15分钟

图15 后期热处置惩罚对AM和铸造PH不锈钢的晶粒形态和相构成的影响。EBD-IPF图：AM 17-4PH不锈钢（a）AM后不做处置惩罚低放大倍率，（b）AM后不做处置惩罚高放大倍率，（c）在1038°C下固溶退火4 h，（d）固溶退火，然后在482 ℃下时效1小时；在（e）铸造后不做处置惩罚和（f）固溶退火条件下的铸造17-4PH不锈钢。（g）在差别的热处置惩罚条件下，铸造和AM 17-4PH不锈钢的XRD图谱，表现出它们的相构成。

通常，因为不存在有害的混合物/沉淀物，格外是MnS混合物，是以高密度AM不锈钢的耐点蚀性高于其通例生产的同类产物。但是，利用AM后热处置惩罚（尤其是高于1000°C的热处置惩罚）来开释AM不锈钢中的渣滓应力大概会导致有害混合物/析出物的显现，从而导致耐点蚀性低落。

图16. AM和17-4PH变形不锈钢的沉淀举动。在AM 17-4PH不锈钢（a）不做处置惩罚，（b）固溶退火和（d）时效处置惩罚后固溶退火，铸造17-4PH不锈钢（c）固溶退火和（e）时效处置惩罚后固溶退火的条件下混合物/析出物的STEM / EDS阐发。

图19.（a，c）的EBSD IPF图和（b，d）是（a，b）不做处置惩罚和（c，d）热处置惩罚的AM双相不锈钢的相构成图。

AM不锈钢的奇特显微构造特性会导致很多不测的局部腐化举动。AM不锈钢的再钝化本领较弱，是以其抗腐化性能也较弱。当举行恒久的敏化热处置惩罚时，AM奥氏体不锈钢对IGC的抗击力明显进步，这归因于AM质料中孪晶的高密度和低角度晶界。

图23.过硫酸盐腐蚀后的光学显微照片，（a）通例生产的316L SS在675°C下敏化24 h和（b）SLM生产的316L SS在675°C下敏化1 h，这评释与SLM生产的316L SS相比，通例生产的316L SS需更长的时间敏化。

图24. AM奥氏体不锈钢的晶间腐化举动。（a）通过将阳极电势从开路电势施加到+0.3 V，然后以1.677 mV s-1的扫描速率将电势反转到肇始点，在0.5 M H2SO4 + 0.01 M KSCN中记载的DL-EPR曲线，（b）通过将反向扫描（Ir）的峰值电流密度除以正向扫描（Ia）的峰值电流密度测得的DOS值。请细致，样品已在700°C敏化60小时，然后水淬。在雷同的试验条件下，DOS曲线表现的SLM生产的316L SS值比通例生产的316L SS值要低得多，这意味着SLM生产的316L对IGC的抗击力非常高。DL-EPR试验后的晶界的FIB截面表现，通例生产的316L SS（c，d）的晶界产生了遍及的晶间腐化，而SLM生产的316L SS试样的晶间腐蚀小得多（e，f）。

图25.（a）轮回裂纹扩展速率与ΔK的干系，以及（b）采纳差别后处置惩罚的AM 316L SS裂纹扩展速率与加载频率的干系。

图26. AM不锈钢的氢伤害举动。在50 mA cm-2下充氢4小时之前（a，c）和之后（b，d）的（a，b）通例和（c，d）SLM生产的316L SS的EBSD相阐发图。在PEMFC模仿的溶液中于70°C举行电势极化测试后，（e，f）通例生产的和（g，h）SLM生产的316L SS的外貌形态

现在，对AM不锈钢的腐化举动的研究仍处于起步阶段，仍旧必要更多的事情来量化AM不锈钢对重要情势的局部腐化在差别现实腐化情况条件下的抗击力。