Korroosionkeston parantaminen

Jauhepetisulatuksessa käytetyn Inconel 718 jauheen korroosionkestoon vaikuttavat jauheen mikrorakenne, kemialliseen koostumukseen jauhepetisulatuksen prosessiparametrit, rakennettavan osan geometria ja valmistusstrategia (Chlebus et al. 2015, s. 651). Inconel 718 materiaalille tehtyjen tutkimusten mukaan myös yhdistäminen muiden aineiden kanssa lisää korroosionkestoa. Tutkimuksen mukaan lasersulatuksessa Inconel 718 yhdistäminen 14 painoprosenttisen renium-jauheen kanssa nosti korroosion potentiaaliarvoa Ecorr 100 mV ja pudotti korroosio virtaa icorr 24 %. Nämä paransivat näytteen korroosion kestoa. Kuvasta 12 voidaan havainnoida, miten renium paransi täydellisesti liuenneena Inconel 718 nikkeliseoksen korroosionkestoa. Pisteytymispotentiaali Epit kasvoi 270 mV renium-jauheen kanssa. (Kurzynowski et al. 2017, s. 349.) Kuitenkin jäännösjännityksen eli Epit - Ecorr

kasvaminen voi parantaa korroosionkestoa (Zhang et al. 2019, s. 560).

Kuva 12. Mikrorakenteen poikkileikkaus korroosiolle altistettuna a) Inconel 718 b) Inconel 718 ja 14 % Re (Kurzynowski et al. 2017, s. 349).

Kuvasta 12 nähdään miten reniumin yhdistäminen Inconel 718 nikkeliseokseen vähentää pistekorroosion määrää.

Korroosionkestoa voidaan lisätä kuumaisostaattisella puristuksella (engl. Hot isostatic pressing, HIP). Menetelmää käytetään jauhepetisulatuksella valmistettujen kappaleiden lämpörasitusten poistamiseen ja mekaanisten sekä kemiallisten ominaisuuksien parantamiseen kappaleen tiheyttä kasvattamalla. Korkeissa 900 °C ja 1000 °C asteen hapetuskokeissa HIP käsitellyt Inconel 718 nikkeliseokset osoittivat suurempaa hapettumisvastusta. Tutkimuksen mukaan tämä johtui kasvaneesta tiheydestä ja raekokojen mikrostruktuurisista eroista. (Chlebus et al. 2015, s. 1–8.) Kuvassa 13 nähdään, miten eri HIP parametrit vaikuttavat Inconel 718 huokoisuuteen.

Kuva 13. Lämpötilan ja paineen vaikutus materiaalin huokoisuuteen HIP prosessissa (Kelkar et al. 2018, s. 59).

Lämpötilan nostaminen tapauskohtaisesti tiettyyn rajaan asti vähentää materiaalin huokoisuusprosenttia huomattavasti. Liika lämpötilan nostaminen alkaa kasvattamaan huokoisuusprosenttia. Myös paineen kasvattaminen vähentää kappaleen huokoisuutta.

5 JOHTOPÄÄTÖKSET

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin kirjallisuudesta ajankohtaisia tutkimuksia Inconel 718 nikkeliseoksen korroosionkestosta. Tässä luvussa analysoidaan työn tulokset ja tehdään tutkimuksesta johtopäätökset.

Inconel 718 nikkeliseos omaa korkeat korroosionkesto-ominaisuudet johtuen seoksen sisältämästä nikkelistä ja molybdeenistä. Inconelin pinnalle muodostuvat oksidikerrokset parantavat korroosionkestoa. Oksidit, kuten NiO, NiFe2O4, and TiO lisäävät korroosionkestoa. Lämpökäsittely ja ECP kasvattavat icorr –arvoa, joka kiihdyttää korroosiota. Pistekorroosio kuitenkin vähentyi ECP käsittelyn jälkeen muodostuneen oksidikerroksen ansiosta. Hiilimonoksidin esiintyminen heikentää oksidikerrosta ja vähentää näin korroosionkestoa. Jauhepetisulatuksessa uudelleen kierrätetty jauhe saattaa johtaa heikompaan korroosionkestoon käytetyn jauheen edellisissä prosesseissa kokemien kemiallisten ominaisuuksien ja fysikaalisen muutosten, kuten roiskeiden, takia.

Korroosionkestoa voidaan parantaa yhdistämällä Inconelia muiden aineiden kanssa. Renium paransi täydellisesti liuenneena korroosionkestoa. HIP prosessi lisää korroosionkestoa kasvaneen hapettumisvastuksen ansiosta. HIP prosessin parametrit vaikuttavat korroosionkestoon. Oikea lämpötila ja paine vähentävät materiaalin huokoisuusprosenttia, joka parantaa korroosionkestoa.

PBF menetelmällä Inconel 718 nikkeliseoksesta valmistetut tuotteet soveltuvat korroosio-ominaisuuksiensa takia vaativiin ympäristöihin sekä olosuhteisiin. Tuotteet kestävät hyvin kuumuutta ja kemikaaleja, kuten öljyä ja kaasuja.

6 JATKOTUTKIMUSEHDOTUKSET

Tässä työssä lähteinä hyödynnetyt tutkimukset olivat varsin uusia ja ajankohtaisia, mutta niitä oli vähän vertaisarvioitu ja niihin oli vähän viitattu. Tutkimukset olivat rajattuja ja käsittelivät hyvin yksityiskohtaisia korroosionkesto-ominaisuuksia. Materiaalin korroosionkestosta puuttui systemaattinen testaus tapa. Lähteitä oli vähän, eikä kaikkea tietoa ollut aiheesta saatavilla käytettävissä olevilla tutkimusmetodeilla. Kuitenkin kasvava kiinnostus aihetta kohtaan näkyy uusien julkaisujen kasvavassa määrässä. Materiaalin muita ominaisuuksia, kuten korroosionkestoa tutkimalla saadaankin tulevaisuudessa korkean standardin tuotteita, mihin lisäävällä valmistuksella pyritään.

Tätä kandidaatintyötä tehdessä huomattiin, ettei tutkimuksia Inconelin korroosionkestosta löydy vielä kovinkaan kattavasti. Raaka-aineisiin liittyvät tutkimukset perustuvat tällä hetkellä lähinnä aineiden mekaanisiin ominaisuuksiin. Teollisuutta kiinnostavia uusia tutkimusaiheita voisi olla materiaalien muut ominaisuudet. Tätä kandidaatintyötä vastaava tutkimus muista Inconel nikkeliseoksista, kuten Inconel 625, olisi yksi esimerkki seuraavalle tutkimukselle. Myös systemaattinen testaustapa jauhepetisulatuksessa käytettävien raaka-aineiden ja tuotteiden korroosionkestoon olisi tarpeellinen tutkimusaihe.

LÄHTEET

3deo. 2018. Metal 3D Printing. [3deo:n www-sivuilla]. [Viitattu 2.3.2020.] Saatavissa:

https://news.3deo.co/metal-3d-printing-processes

3dhubs. 2020. Introduction to metal 3D printing. [3dhubs:in www-sivuilla]. [Viitattu 08.03.2020.] Saatavissa: https://www.3dhubs.com/knowledge-base/introduction-metal-3d-printing/

Anderson, M., Thielin, A., Bridier, F., Bocher, P. & Savoie, J. 2017. δ Phase precipitation in Inconel 718 and associated mechanical properties. Materials Science & Engineering A, 679, s. 48-55.

Brandt, M. 2017. Laser Additive Manufacturing: Materials, Design, Technologies, and Applications. Elsevier. 479 s.

Chlebus, E., Gruber, K., Kuźnicka, B., Kurzac, J. & Kurzynowski, T. 2015. Effect of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Inconel 718 processed by selective laser melting. Materials Science & Engineering A, 639, s. 647-655.

Clayton, J. 2014. Optimising metal powders for additive manufacturing. Metal Powder Report, 69(5), s. 14-17.

Delva Oy, [Delva Oy:n www-sivuilla]. [Viitattu 2.3.2020].

Saatavissa: https://delva.fi/fi/uutiset-ja-tiedotteet/delva-tulostaa-inconelia-materiaalien-optimoinnilla-lisaa-hyotyja-3d-tulostamisesta/

DynaGard, [Dynagard www-sivuilla]. [Viitattu 18.5.2020].

Saatavissa: https://www.dynagard.info/how-to-prevent-internal-pipe-corrosion-a-guide-for-industry/

Gibson, I., Rosen, D. & Stucker, B. 2015. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing. Second Edition. Springer,

New York. 498 s.

Gupta, K. t. 2017. Advanced Manufacturing Technologies: Modern Machining, Advanced Joining, Sustainable Manufacturing, Springer, Cham. s. 238.

Hays, R. 2020. Corrosion Science Knowledge Area. [wbdg:n www-sivuilla]. [Viitattu 13.5.2020]. Saatavissa: https://www.wbdg.org/ffc/dod/cpc-source/corrosion-science-knowledge-area

Jia, Q. & Gu, D. 2014. Selective laser melting additive manufactured Inconel 718 superalloy parts: High-temperature oxidation property and its mechanisms. Optics and Laser Technology, 62, s. 161-171.

Kang, Y., Yang, S., Kim, Y., Almangour, B. & Lee, K. 2019. Effect of post-treatment on the microstructure and high-temperature oxidation behaviour of additively manufactured inconel 718 alloy. Corrosion Science, 158, s. 1-9.

Kanematsu, H & Barry, D. 2016. Corrosion Control and Surface Finishing: Environmentally Friendly Approaches. Springer. 302 s.

Kurzynowski, T., Smolina, I., Kobiela, K., Kuźnicka, B. & Chlebus, E. 2017. Wear and corrosion behaviour of Inconel 718 laser surface alloyed with rhenium. Materials & Design, 132, s. 349-359.

Lefky, C. S., Gallmeyer, T. G., Moorthy, S., Stebner, A. & Hildreth, O. J. 2019.

Microstructure and corrosion properties of sensitized laser powder bed fusion printed Inconel 718 to dissolve support structures in a self-terminating manner. Additive Manufacturing, 27, s. 526-532.

Patel, S., de Barbadillo, J. & Coryell, S. 2018. Superalloy 718: Evolution of the Alloy from High to Low Temperature Application. In: Proceedings of the 9th International Symposium on Superalloy 718 & Derivatives: Energy, Aerospace, and Industrial Applications, The Minerals, s. 23-49.

Oxyplast UK, [Oxyplast UK:n www-sivuilla]. Viitattu 18.5.2020. Saatavissa:

https://oxyplastuk.com/technical/different-types-of-corrosion/

Schweitzer, P. A. 2007. Corrosion engineering handbook: Fundamentals of metallic corrosion: atmospheric and media corrosion of metals. 2nd ed. Boca Raton (FL): CRC Press.

752 s.

Scribbr. 2019. How to write a literature review. [Scribbr:n www-sivuilla]. [Viitattu 3.3.2020.] Saatavissa: https://www.scribbr.com/dissertation/literature-review/

Seifi, M., Salem, A., Beuth, J., Harrysson, O. & Lewandowski, J. 2016. Overview of Materials Qualification Needs for Metal Additive Manufacturing. JOM, 68(3), s. 747-764.

Special Metals. Inconel alloy 718 [Special Metals www-sivuilla]. Available:

http://www.specialmetals.com/assets/smc/documents/inconel_alloy_718.pdf

Sriram, V., Shukla, V. & Biswas, S. 2019. Metal powder based additive manufacturing technologies-business forecast. In: 3D Printing and Additive Manufacturing Technologies, August 2018, s. 105-118.

Wohlers, T., Campbell, I., Diegel, O., Huff, R & Kowen, J. 2018. Wohlers Report 2018 – Additive Manufacturing and 3D Printing State of the Industry Annual Worldwide Progress Report. 344 s.

Yang, L., Hsu, K., Baughman, B., Godfrey, D., Medina, F., Menon, M. & Wiener, S. 2017.

Additive Manufacturing of Metals: The Technology, Materials, Design and Production.

Springer, Cham. 168 s.

Zhang, B., Xiu, M., Tan, Y. T., Wei, J. & Wang, P. 2019. Pitting corrosion of SLM Inconel 718 sample under surface and heat treatments. Applied Surface Science, 490, s. 556-567