파우더 베드 퓨전으로 제조된 AlSi10Mg 합금의 표면 거칠기 개선을 위한 전해연마 공정

Abstract

적층 제조 기술을 통해 제작된 금속 부품의 불균일한 표면 및 높은 표면 거칠기는 부품의 성능 저하 및 허용되지 않는 치수 공차를 유발한다. 따라서, 산업적 활용을 위해서는 적절한 표면 후처리가 필수적이다. 본 연구에서는 적층 제조로 제작된 AlSi10Mg 합금 부품의 형상 및 치수 변형을 최소화하면서 표면 거칠기를 효과적으로 개선시키기 위한 전해연마 공정을 탐색하였다. 본 연구에서는 기존의 알루미늄 전해연마법인 탄산 나트륨-인산 삼나트륨 (STP), 과염소산-에탄올 (PEA), 염화콜린- 에틸렌 글리콜 (CEG), 그리고 새로운 전해연마법인 과염소산-에틸렌 글리콜 (PEG)을 활용하였다. 각 전해질에서 Powder Bed Fusion (PBF)을 통해 적층 제조된 AlSi10Mg 시편의 전해연마를 수행하였다. 전해연마 후 표면 거칠기, 두께 및 표면 형태 변화 분석을 기반으로, PEA, CEG, 및 PEG 전해질을 채택하였다. 세 전해질을 PBF로 제작된 높은 표면 거칠기를 가지는 AlSi10Mg의 전해연마에 적용한 결과, PEA 전해질은 빠른 평균 거칠기 (Ra)와 두께 감소를 나타냈다. CEG 전해질의 경우 긴 처리 시간이 필요하였지만 두께가 약간 감소하였으며 표면 거칠기가 안정적으로 감소하였다. PEG 전해질은 상당한 두께 감소를 보였으며 짧은 시간 내에 가장 낮은 표면 거칠기를 달성하였다. 이러한 전해연마법을 통해 적층 제조된 AlSi10Mg 합금 부품의 표면 품질을 효과적으로 향상시킬 수 있다.|The uneven surfaces and high roughness of metal parts fabricated via additive manufacturing technology cause degraded performance and unacceptable dimensional tolerances of parts. Accordingly, an appropriate surface post-treatment is essential for industrial utilization. This study explored an electropolishing process to improve surface roughness effectively while minimizing deformation of the shape and dimensions of AlSi10Mg alloy parts fabricated via additive manufacturing. The conventional electropolishing methods of aluminum, namely, sodium carbonate-trisodium phosphate (STP), perchloric acid-ethyl alcohol (PEA), choline chloride-ethylene glycol (CEG), and a novel method of perchloric acid-ethylene glycol (PEG) were utilized. The electropolishing of AlSi10Mg specimens additively manufactured via Powder Bed Fusion (PBF) was conducted in each electrolyte. The PEA, CEG, and PEG electrolytes were adopted based on the analysis of surface roughness, thickness, and surface morphology variation after electropolishing. As a consequence of the application of the three electrolytes for electropolishing of AlSi10Mg fabricated via PBF with high surface roughness, the PEA electrolyte indicated a quick reduction in average roughness (Ra) and thickness. Although the CEG electrolyte necessitated a lengthy treatment time, the thickness was reduced to a slight degree, and accompanied by a stable diminish in surface roughness. PEG electrolyte demonstrated a considerable thickness reduction and achieved the lowest surface roughness within a short time. Via these electropolishing methods, the surface quality of additively manufactured AlSi10Mg alloy parts can be effectively improved.