레이저 분말층 융합으로 생산된 AlSi10Mg 합금의 직류 플라즈마 전해 산화 공정에 대한 실리콘 형태의 영향

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 14329(2022) 이 기사 인용

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이 작업에서는 레이저 분말층 융합(L-PBF)으로 생산된 AlSi10Mg 샘플에 플라즈마 전해 산화(PEO) 공정을 인쇄된 상태와 다양한 열처리 후 적용했으며, 비교를 위해 주조 샘플에 적용했습니다. AlSi10Mg. PEO 공정은 염기성 규산염 전해질에서 높은 전류 밀도와 짧은 시간을 사용하여 직류 모드로 수행되었습니다. 처음으로, 인쇄된 상태와 다양한 열처리 후 L-PBF AlSi10Mg 샘플의 실리콘 형태가 얻은 PEO 코팅에 미치는 영향을 미세 구조 및 부식 특성 측면에서 조사했습니다. 기판의 미세 구조는 광학 및 전자 현미경 관찰(광학 현미경 OM, 주사 전자 현미경 SEM 및 투과 전자 현미경 TEM)과 X선 회절(XRD)을 통해 특성화되었습니다. 분석 결과, L-PBF를 통해 얻은 샘플에서 어닐링과 용액 처리의 열처리가 실리콘의 형태와 분포를 변형시키는 것으로 나타났습니다. PEO 코팅 샘플은 표면과 단면 모두에서 SEM으로 특성화되었으며, 에너지 분산 분광법(EDS) 분석 및 원소 매핑을 사용하여 조성 분석을 수행했습니다. 코팅은 또한 XRD로 분석되었으며 전기화학적 임피던스 분광학(EIS) 테스트를 통해 부식 특성을 평가했습니다. 또한 기판과 코팅에 대한 미세경도 테스트도 수행되었습니다. 코팅의 미세구조는 실리콘 분포에 크게 영향을 받았습니다. 특히, 실리콘의 불균일한 분포와 철이 풍부한 금속간 화합물의 존재(주물 및 용액 처리 샘플에서 얻어짐)는 인쇄된 샘플과 비교하여 더 다공성이 있고 얇은 코팅의 형성을 유도했습니다. 어닐링된 샘플. 불균일한 실리콘 분포는 코팅 내로 실리콘의 불균일한 분포를 생성했습니다. 인쇄된 샘플의 특정 세포 구조는 다른 샘플에서 생성된 것과 비교하여 더 높은 무정형 비율로 코팅의 형성을 유도했습니다. 어닐링된 샘플과 인쇄된 샘플에서 얻은 코팅의 더 높은 두께와 더 낮은 다공성은 내식성을 증가시키는 결과를 가져왔습니다.

Al-Si 합금은 우수한 주조성과 고강도 및 저밀도1의 결합으로 인해 자동차 및 항공우주 분야에서 널리 사용됩니다. 기존 주조 Al-Si 합금은 일반적으로 거친 침상 실리콘(공융 실리콘)을 포함하며 Mg 함유 및 Fe 함유 석출물도 일반적으로 존재합니다2. 지난 몇 년 동안 적층 제조(AM) 기술에 대한 다양한 산업 부문의 관심이 급격히 증가했는데, 이는 주로 금형이나 도구와 관련된 비용의 급격한 증가 없이 복잡하고 맞춤형 부품을 생산할 수 있는 가능성 때문이었습니다3. 다양한 AM 기술 중에서 L-PBF(Laser Powder Bed Fusion)는 다양한 금속 분말을 사용하여 완전히 조밀한 금속 구조를 얻을 수 있는 가능성에 대해 가장 유망한 기술 중 하나입니다4. 기존 주조와 비교하여 L-PBF로 생산된 Al-Si 합금은 더 높은 가열 및 냉각 속도(103-105 K/s)5로 인해 완전히 다른 미세 구조를 특징으로 합니다. 특히, L-PBF로 생산된 AlSi10Mg의 미세구조는 세포 수지상 미세구조를 갖는 1차 α-Al 매트릭스와 매우 미세한 섬유질 Si6을 갖는 공융 미세구조로 구성됩니다.

그러나 α-Al 매트릭스는 과포화 고용 상태이고 재료가 고온에 노출되면(예: 열처리 수행 시) 이 미세 구조가 불안정해지고 다음에서 관찰할 수 있는 것과 비교하여 크게 변할 수 있습니다. 인쇄된 상태7. 다양한 열처리 중에서 알루미늄 합금에 더 자주 사용되는 것은 용체화 처리(어떤 경우에는 시효 처리가 뒤따름)와 어닐링 처리입니다. 이러한 처리 후 AlSi10Mg의 미세 구조 진화에 관한 여러 연구를 문헌에서 찾을 수 있습니다. Takata et al.8은 300°C에서 어닐링 처리 후 제조된 샘플의 기둥형 α-Al 매트릭스의 Si 과포화로 인해 기둥형 α-Al 상 내에 미세하게 분포된 Si 입자가 형성된다는 사실을 발견했습니다. Li 등9은 용액 처리 중에 Si 원자가 과포화 Al 매트릭스에서 침전되어 작은 Si 입자를 형성하고, 용액 온도가 증가하면 Si 입자의 크기가 증가하는 반면 그 수는 감소한다는 사실을 발견했습니다. 또한 Shakil 등10은 용체화 처리에 의해 조대 및 침상 Si 상의 변형(구형화), 조성의 균질화, Mg 또는 기타 미량 원소를 함유한 용해성 상의 분해가 생성된다는 점을 강조하는 유사한 결과를 얻었습니다. Takata et al.8은 용액 처리 후에 막대 모양의 형태를 갖는 Fe 함유 금속간 상(β-AlFeSi)이 형성된다는 사실을 발견했습니다.