Корозійна стійкість решітчастих структур магнієвого сплаву WE43 з оптимізованим дизайном, надрукованих методом PBF

Abstract

Магнієві сплави – унікальні функціональні матеріали, які мають низьку густину та покращені механічні властивості та знайшли широке застосування в авіаційній, автомобільній, електронній промисловості та біомедицині. Однією з головних переваг магнієвих сплавів є їх легкість, що сприяє зниженню маси конструкцій без значних втрат у механічних характеристиках. Крім того, легування магнію дозволяє отримувати сплави, які поєднують високі механічні властивості з біосумісністю та підвищеною корозійною стійкістю. Завдяки цим характеристикам магнієві сплави часто застосовуються в медицині для виготовлення біодеградуючих імплантатів: ортопедичних гвинтів та стентів. Мета роботи: узагальнення теоретичних і експериментальних результатів щодо дослідження корозійної стійкості та мікроструктури магнієвого сплаву WE43 як функціонального матеріалу; проведення аналізу результатів вимірювань на основі методу акустичної емісії; вивченні впливу решітчастої структури зразків на корозійну стійкість та аналіз потенціал динамічних поляризаційних тестів масивних матеріалів. Методи: метод селективного лазерного плавлення PBF-L; термічна обробка зразків; акустична емісія; оптичний аналіз; скануюча мікроскопія, потенціометричні випробування в автолабораторії. Отримані результати: 1. Проведено комплексне дослідження впливу архітектури решітчастих структур та термічної обробки на корозійну стійкість магнієвого сплаву WE43, виготовленого методом лазерного плавлення з порошкового ложа (PBF-L). 2. Продемонстровано, що застосування адитивного виробництва дозволяє створювати складні геометричні конструкції з оптимізованою структурою. У ході експериментальної частини було виготовлено компактні та решітчасті зразки WE43 (типів BCC і TPMS Gyroid). Водночас виявлено недоліки5 друку, зокрема шорсткість поверхні та залишки порошку, що збільшують площу контакту з середовищем і сприяють локальній корозії. Це підтверджено оптичним аналізом та комп’ютерною томографією, яка продемонструвала збільшення ефективної площі контакту матеріалу з корозійним середовищем. 3. Для оцінки корозійної поведінки було проведено серію електрохімічних потенціал динамічних випробувань із реєстрацією акустичної емісії в режимі реального часу в PBS. Було встановлено, що попередня термічна обробка компактних зразків при 150°C протягом 2 годин призводить до зниження внутрішніх напружень, що підтверджується зменшенням значень параметрів KAM та GOS за результатами SEM-EBSD аналізу. Це, у свою чергу, позитивно впливає на корозійну поведінку — знижується анодний струм, зменшується інтенсивність сигналів акустичної емісії. 4. Зразки зі структурою TPMS Gyroid проявили кращу корозійну стійкість порівняно з BCC завдяки більш плавній геометрії та рівномірному розподілу механічних напружень, що також підтверджується меншою інтенсивністю AE-сигналів під час експозиції у розчині PBS. 5. Аналіз акустичної емісії показав стабілізацію корозійного процесу після 8 годин, що, ймовірно, пов’язано з формуванням захисної оксидної плівки. Подальші дослідження цієї зони стабілізації є перспективними.