基于金属粉末的3D打印锚杆在模拟矿井水中腐蚀试验

摘要

煤矿矿井中受地下水侵蚀及开采环境影响，锚杆易发生腐蚀甚至断裂，利用3D打印技术的优势研究不同材质锚杆的抗腐蚀性能对实现3D打印技术在矿井中的应用具有重要意义.采用电化学加速腐蚀方法，研究了不锈钢（SS）、模具钢（DS）和铝合金（AL）三种不同金属粉末组成的3D打印锚杆和真实锚杆（TB）在模拟矿井水环境中的腐蚀速率变化规律、物相、形貌结构及拉伸力学性能.结果表明：腐蚀前3DSS锚杆的抗拉强度和延伸性能与TB锚杆最相似；3DDS锚杆的腐蚀速率和单位质量腐蚀率在每个阶段都高于其他锚杆，而3DSS锚杆则最低；3D打印锚杆和真实锚杆表面均发生了不同程度的腐蚀，3DSS锚杆表面只产生了局部腐蚀，3DDS锚杆、3DAL锚杆和TB锚杆的原表面形貌基本被腐蚀破坏，产生了较严重的腐蚀；TB锚杆、3DSS锚杆和3DDS锚杆的腐蚀产物相似，主要由Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeOOH等物相组成，而3DAl锚杆的腐蚀产物仅有Al₂O₃、Al（OH）₃;3D打印锚杆和真实锚杆腐蚀后的抗拉强度和断后伸长率均有不同程度的下降，腐蚀对于TB锚杆的抗拉强度和断后伸长率影响较小，3DSS锚杆的抗拉强度和延伸性能在腐蚀后下降最多.研究结果可为今后3D打印锚杆在矿井腐蚀环境下支护设计和长期稳定性评价提供理论参考.

关键词

3D打印 / 锚杆 / 腐蚀形貌 / 耐腐蚀性能 / 拉伸试验

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52479115）; 陕西高校青年创新团队资助项目（[2022]943）; 国机集团机械工业勘察设计研究院科技资助项目（12740410120220001）