外媒3月24日报道，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员深入研究了海水中增材制造(3d打印)316L不锈钢点蚀的神秘世界，发现这场腐蚀戏剧的关键参与者是被称为“渣”的微小颗粒。

不锈钢316L是船舶应用的热门选择，因为它的机械强度和耐腐蚀性的组合。在3D打印之后更是如此，但即使是这种有弹性的材料也不能避免点蚀。

炉渣是由锰和硅等脱氧剂产生的。在传统的316L不锈钢制造中，这些元素通常在铸造前添加，以与氧气结合，并在熔融液态金属中形成固相，可以在制造后轻松去除。

LLNL的研究人员发现，这些渣也会在激光粉末床熔融(LPBF) 3D打印过程中形成，但会留在金属表面，引发点蚀。

发表在《自然通讯》上的这篇论文的主要作者Shohini Sen-Britain在一份媒体声明中说:“由于点蚀的随机性，它非常难以理解，但我们确定了导致或引发这种腐蚀的材料特性。”

Sen-Britain说:“虽然我们的炉渣看起来与在传统制造材料中观察到的不同，但我们假设它们可能是导致316L点蚀的原因。”“我们利用LLNL令人印象深刻的材料表征套件和建模能力证实了这一点，在那里我们能够毫无疑问地证明炉渣是原因。这是非常值得的。”

虽然在传统的不锈钢制造过程中也会形成炉渣，但它们通常会用碎锤、研磨机或其他工具去除。然而，在科学家看来，这些后处理选项将会破坏金属增材制造(AM)的目的。

放大炉渣

该团队使用了先进的技术组合，包括等离子体聚焦离子束铣削，透射电子显微镜和x射线光电子能谱对增材制造不锈钢部件。

他们能够在模拟海洋环境中放大炉渣并揭示它们在腐蚀过程中的作用，发现它们造成了不连续性，并允许富含氯化物的水渗透到钢铁中并造成严重破坏。此外，渣中含有金属夹杂物，当暴露在类似海水的环境中时，金属夹杂物会溶解，从而进一步促进腐蚀过程。

该项目的首席研究员布兰登·伍德说:“我们想做一个深入的显微镜研究，找出在这些材料发生腐蚀时可能导致腐蚀的原因，如果是这样的话，那么可能有其他方法可以通过避免这种特殊的物质来改善它们。”“形成了含有锰的第二阶段——这些渣——这似乎是最重要的原因。我们的团队对这些炉渣附近进行了一些额外的详细显微镜观察，果然，我们能够证明，在那个附近，你有增强——这是一个次要的指标，表明这可能是主要的因素。”

利用透射电子显微镜，研究人员选择性地从表面取下3d打印不锈钢的小样本(大约几微米)，通过显微镜观察炉渣，并以原子分辨率分析它们的化学和结构。

注意腐蚀

表征技术有助于揭示导致点蚀的因素的复杂相互作用，并使团队能够以增材制造中从未做过的方式分析炉渣。

首席研究员Thomas Voisin说:“在这个过程中，你用激光局部熔化材料，然后它很快就凝固了。”“快速冷却使材料处于非平衡状态;你基本上是把原子保持在一个不应该的结构中，你正在改变材料的机械和腐蚀性能。”

Voisin指出，在使用不锈钢时，注意腐蚀是非常重要的，因为它用于船舶应用。

“你可以有最好的材料和最好的机械性能，但如果它不能与海水接触，这将大大限制应用，”他说。

该小组指出，这项研究标志着在与腐蚀的持续斗争中向前迈出了重要的一步，不仅加深了对腐蚀过程的科学理解，而且为开发改进的材料和制造技术铺平了道路。

通过揭示炉渣背后的机制及其与点蚀的关系，工程师和制造商可以努力创造出不仅坚固耐用，而且具有高度耐海水腐蚀性的不锈钢部件，其影响范围超出了海洋应用领域，并扩展到其他行业和各种恶劣环境。

Sen-Britain和Voisin表示，现在团队已经了解了点蚀背后的原因，提高3d打印不锈钢316L的性能和寿命的下一步将是改变粉末原料的配方，去除锰和硅，以限制或消除渣的形成。