Rozdiel medzi práškom na báze železa a práškom na báze niklu pre laserové oplášťovanie
Pri laserovom plátovaní liatinových dielov priamo ovplyvňuje výber prášku na báze železa a prášku na báze niklu výkon, aplikačné scenáre a náklady na plátovaciu vrstvu. Hlavný rozdiel medzi týmito dvoma sa odráža v zložení, výkone, prispôsobivosti procesu a aplikačných scenároch takto:
1. Rozdiely v zložkách
| Typ prášku | Hlavné zložky | Typické legujúce prvky |
| Prášok na báze železa | Na základe Fe (obsah zvyčajne > 50 %) | Často obsahuje Cr, Ni, Mo, Si, B atď. (ako napríklad systém Fe-Cr-Ni-Mo, systém Fe-Si-B) |
| Prášok na báze niklu | Na základe Ni (obsah zvyčajne > 50 %) | Často obsahuje Cr, Mo, W, Co, Si, B atď. (ako napríklad systém Ni-Cr-Mo, systém Ni-Cr-B-Si) |
2. Porovnanie výkonu jadra
1) Mechanické vlastnosti
Prášok na báze železa:
• Vysoká tvrdosť (HRC 30-60, s úpravou zloženia, vysoký obsah Cr, typ Mo môže dosiahnuť HRC 50 alebo viac), dobrá odolnosť proti opotrebovaniu;
• Pevnosť sa blíži pevnosti liatinovej matrice (pevnosť v ťahu 500 – 1 000 MPa), lepšia metalurgická kompatibilita s liatinou a pevnosť spoja medzi plátovacou vrstvou a matricou je vysoká (zvyčajne > 300 MPa);
• Modely so strednou krehkosťou a vysokou tvrdosťou môžu mať určitú citlivosť na praskanie (proces plátovania je potrebné kontrolovať, aby sa znížilo napätie).
Prášok na báze niklu:
• Stredná tvrdosť (HRC 20-45, nízkolegovaný typ je mäkší, vysoko Cr, typ W môže dosiahnuť HRC 40-50), ale vynikajúca húževnatosť, lepšia odolnosť voči nárazu ako prášok na báze železa;
• Mierne nižšia pevnosť v ťahu ako vysoko legovaný prášok na báze železa (400 – 800 MPa), ale lepšia plasticita (predĺženie > 10 %, prášok na báze železa je zvyčajne
• Mierne nižšia pevnosť spoja s liatinou (zvyčajne 200-300MPa), ale nízka citlivosť na trhliny, nie je ľahké vytvárať studené trhliny (kvôli húževnatosti a nízkym napäťovým vlastnostiam niklu).
2) Odolnosť proti korózii
Prášok na báze železa: stredná odolnosť voči korózii. Bežný prášok na báze železa (s nízkym obsahom Cr) má dobrú odolnosť voči atmosférickej a sladkovodnej korózii, ale je náchylný na hrdzavenie v kyslom a alkalickom prostredí. Prášok s vysokým obsahom Cr (obsah Cr > 12 %) má zlepšenú odolnosť voči korózii, ale stále nie je taký dobrý ako prášok na báze niklu.
Prášok na báze niklu: vynikajúca odolnosť proti korózii, najmä pri vysokých teplotách, vlhkom, kyslom a zásaditom prostredí (ako sú organické kyseliny, slabé zásady) (pretože Ni a Cr tvoria hustý oxidový film), vhodný pre korozívne podmienky.
3) Tepelná odolnosť
Prášok na báze železa: všeobecná tepelná odolnosť, dlhodobá pracovná teplota je zvyčajne
Prášok na báze niklu: silná tepelná odolnosť, môže stabilne pracovať v prostredí s vysokou teplotou 600-1000 ℃ (napríklad prášok na báze niklu obsahujúci prvky Cr a W, vynikajúca antioxidačná a tepelná únavová odolnosť).
4) Kompatibilita s liatinovou matricou
Prášok na báze železa: bližšie ku koeficientu tepelnej rozťažnosti liatiny (na báze železa) (prášok na báze železa je približne 11-14×10⁻⁶/℃, liatina je približne 10-12×10⁻⁶/℃), malé tepelné namáhanie počas oplášťovania, nepraská ľahko v dôsledku rozdielu tepelnej rozťažnosti (obzvlášť vhodné pre hrubé vrstvy oplášťovania).
Prášok na báze niklu: Koeficient tepelnej rozťažnosti je relatívne vysoký (približne 13 – 16 × 10⁻⁶/℃), čo sa mierne líši od liatiny. Pri hrubom plátovaní ľahko praská v dôsledku tepelného namáhania, ktoré je potrebné zmierniť predhriatím, pomalým chladením alebo vrstvením plátovania.
3. Rozdiely v adaptabilite procesov
Prášok na báze železa:
• Nízka citlivosť na laserový výkon, stredná tekutosť roztaveného kúpeľa, ľahké vytvorenie plochej obkladovej vrstvy;
• Obsahuje deoxidačné prvky, ako sú Si a B, má vysokú toleranciu voči nečistotám, ako sú C a S v liatine (nie je ľahké vytvárať póry);
• Miera riedenia plášťovej vrstvy (podiel základného kovu zmiešaného s plášťovou vrstvou) je stredne ťažko kontrolovateľná, zvyčajne sa pohybuje medzi 10 % – 20 % (príliš vysoká miera môže znížiť tvrdosť).
Prášok na báze niklu:
• Vysoká miera absorpcie laseru, dobrá tekutosť roztaveného kúpeľa (najmä prášku na báze niklu obsahujúceho B a Si), ľahko dosiahnuteľná tenká a rovnomerná vrstva povlaku;
• Citlivá na uhlík v liatine. Ak má matrica vysoký obsah uhlíka (napríklad sivá liatina), v dôsledku difúzie uhlíka do plášťovej vrstvy sa ľahko tvoria krehké fázy (ako sú sieťované karbidy). Je potrebné prísne kontrolovať parametre laseru (ako je zníženie výkonu a zvýšenie rýchlosti skenovania), aby sa znížila miera riedenia (zvyčajne sa vyžaduje menej ako 10 %);
• V liatine ľahko reaguje so sírou (S) za vzniku nízkotaviteľnej eutektickej látky (ako napríklad Ni₃S₂), čo vedie k tepelným trhlinám. Počas predbežnej úpravy liatinových dielov je potrebné zabezpečiť odstránenie povrchových sulfidov.
4. Náklady a scenáre použitia
| Rozmery | Prášok na báze železa | Prášok na báze niklu |
| Cena | Nižšie (približne 1/3-1/2 prášku na báze niklu), nákladovo efektívne | Vysoký (kvôli vysokej cene kovového niklu) a vysoký tlak na náklady |
| Použiteľné scenáre | 1. Pracovné podmienky vyžadujúce vysokú odolnosť proti opotrebovaniu a strednú odolnosť proti korózii (ako napríklad opravy vodiacimi lištami obrábacích strojov a valčekov); 2. Nízkonákladová, veľkoobjemová rozmerová obnova alebo povrchové spevnenie liatinových dielov; 3. Požiadavky na hrubé vrstvy obkladu (＞2 mm) (napríklad opravy opotrebenia veľkých liatinových dielov). | 1. Pracovné podmienky vyžadujúce vysokú odolnosť proti korózii a teplu (ako napríklad chemické zariadenia, vysokoteplotné ventily); 2. Scenáre vyžadujúce vynikajúcu húževnatosť a odolnosť voči nárazu (ako napríklad povrchy zubov ozubených kolies, drviace kladivá); 3. Presné opláštenie tenkostenných alebo zložito tvarovaných liatinových dielov (ako sú formy, hydraulické diely). |
Zhrnutie
• Prášok na báze železa sa uprednostňuje: keď sa hľadajú nízke náklady a vysoká odolnosť proti opotrebovaniu a pracovné podmienky nevyžadujú silnú koróziu alebo vysokú teplotu (napríklad pri opravách bežných mechanických častí).
• Prášok na báze niklu sa uprednostňuje: keď je požadovaná odolnosť proti korózii, tepelná odolnosť alebo vysoká húževnatosť a sú prijateľné vyššie náklady (napríklad spevňovanie presných liatinových dielov za špeciálnych pracovných podmienok).
