Forschende am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) haben die Ursachen für Lochfraßkorrosion in additiv gefertigtem (3D-gedrucktem) Edelstahl 316L aufgedeckt. Ihre Studie, veröffentlicht in „Nature Communications“ unter dem Titel „Critical role of slags in pitting corrosion of additively manufactured stainless steel in simulated seawater„, beleuchtet die kritische Rolle von Schlackenpartikeln, die während des Laser-Pulverbett-Fusionsverfahrens (LPBF), einem gängigen 3D-Druckverfahren, entstehen.
Langfristige Einwirkung von Meerwasser
Edelstahl 316L wird aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in maritimen Anwendungen verwendet. Jedoch ist auch dieses robuste Material nicht gegen Lochfraßkorrosion immun, besonders wenn es der langen Einwirkung von Meerwasser ausgesetzt ist. Diese Form der Korrosion tritt auf, wenn Chloridionen im Wasser die schützende Oxidschicht des Metalls durchdringen und lokale Angriffspunkte schaffen, an denen Korrosion beschleunigt wird.
Winzige Schlacken als Treiber von Lochfraßkorrosion
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sogenannte Schlacken, winzige Partikel, die während des Druckprozesses auf der Metalloberfläche verbleiben, eine entscheidende Rolle bei der Initiierung der Lochfraßkorrosion spielen. Diese Schlacken entstehen als Nebenprodukte der Verwendung von Entoxidationsmitteln wie Mangan und Silizium, die normalerweise in der herkömmlichen Herstellung von Edelstahl 316L eingesetzt werden, um mit Sauerstoff zu reagieren und eine leicht entfernbare feste Phase im geschmolzenen Metall zu bilden.
Durch den Einsatz fortschrittlicher Techniken, darunter Plasmafokussierte Ionenstrahlschleifen, Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie, gelang es dem Team, die Rolle dieser Schlacken im Korrosionsprozess zu entschlüsseln. Sie entdeckten, dass die Schlacken Diskontinuitäten auf der Metalloberfläche schaffen, welche die Eindringung von chloridreichem Wasser ermöglichen und somit den Korrosionsprozess fördern.
Neue Ansätze zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von 3D-gedrucktem Edelstahl
Diese Erkenntnisse bieten neue Ansätze zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von additiv gefertigtem Edelstahl. Das Team schlägt vor, die Zusammensetzung des Pulvergrundstoffs zu ändern, um die Bildung von Schlacken zu minimieren oder zu vermeiden. Außerdem könnten detaillierte Simulationen des Schmelzverhaltens des Lasers dazu beitragen, die Verarbeitungsparameter des Lasers zu optimieren und das Erreichen der Oberfläche durch die Schlacken zu verhindern.
Die Studie markiert einen wichtigen Fortschritt im Verständnis der Korrosionsprozesse und ebnet den Weg für die Entwicklung verbesserter Materialien und Herstellungstechniken, nicht nur für maritime Anwendungen, sondern auch für eine breite Palette von Industrien, die in aggressiven Umgebungen operieren.