Różnica między proszkiem na bazie żelaza a proszkiem na bazie niklu do napawania laserowego
W procesie laserowego napawania żeliwa, wybór proszku na bazie żelaza i niklu ma bezpośredni wpływ na wydajność, scenariusze zastosowań i koszt warstwy napawania. Zasadnicza różnica między nimi znajduje odzwierciedlenie w składzie, wydajności, możliwościach adaptacji procesu i scenariuszach zastosowań, jak poniżej:
1. Różnice w składnikach
| Rodzaj proszku | Główne składniki | Typowe pierwiastki stopowe |
| Proszek na bazie żelaza | Na podstawie zawartości Fe (zawartość zwykle > 50%) | Często zawiera Cr, Ni, Mo, Si, B itp. (takie jak układ Fe-Cr-Ni-Mo, układ Fe-Si-B) |
| Proszek na bazie niklu | Na podstawie Ni (zawartość zwykle > 50%) | Często zawiera Cr, Mo, W, Co, Si, B itp. (takie jak układ Ni-Cr-Mo, układ Ni-Cr-B-Si) |
2. Porównanie wydajności rdzenia
1) Właściwości mechaniczne
Proszek na bazie żelaza:
• Wysoka twardość (HRC 30-60, przy odpowiedniej kompozycji, wysoki typ Cr, Mo może osiągnąć HRC 50 lub więcej), dobra odporność na zużycie;
• Wytrzymałość jest zbliżona do wytrzymałości osnowy żeliwnej (wytrzymałość na rozciąganie 500-1000 MPa), lepsza zgodność metalurgiczna z żeliwem, a wytrzymałość wiązania między warstwą okładzinową i osnową jest wysoka (zwykle >300 MPa);
• Modele o średniej kruchości i dużej twardości mogą mieć pewną wrażliwość na pęknięcia (proces powlekania należy kontrolować w celu zmniejszenia naprężeń).
Proszek na bazie niklu:
• Średnia twardość (HRC 20-45, typ niskostopowy jest bardziej miękki, wysoka zawartość Cr, typ W może osiągnąć HRC 40-50), ale doskonała wytrzymałość, lepsza odporność na uderzenia niż proszek na bazie żelaza;
• Nieco niższa wytrzymałość na rozciąganie niż w przypadku proszku na bazie żelaza wysokostopowego (400–800 MPa), lecz lepsza plastyczność (wydłużenie >10%, w przypadku proszku na bazie żelaza jest ono zwykle
• Nieco niższa wytrzymałość wiązania z żeliwem (zwykle 200-300 MPa), lecz niska podatność na pęknięcia, niełatwo jest tworzyć pęknięcia na zimno (ze względu na wytrzymałość i niskie naprężenia niklu).
2) Odporność na korozję
Proszek na bazie żelaza: średnia odporność na korozję. Zwykły proszek na bazie żelaza (niska zawartość Cr) charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję atmosferyczną i słodką, ale jest podatny na rdzewienie w środowisku kwaśnym i zasadowym. Proszek o wysokiej zawartości Cr (zawartość Cr > 12%) charakteryzuje się lepszą odpornością na korozję, ale nadal nie jest tak dobry jak proszek na bazie niklu.
Proszek na bazie niklu: doskonała odporność na korozję, szczególnie w środowiskach o wysokiej temperaturze, wilgotnych, kwaśnych i zasadowych (takich jak kwasy organiczne, słabe zasady) (ponieważ Ni i Cr tworzą gęstą warstwę tlenku), odpowiedni do warunków korozyjnych.
3) Odporność na ciepło
Proszek na bazie żelaza: ogólna odporność na ciepło, długotrwała temperatura pracy wynosi zwykle
Proszek na bazie niklu: wysoka odporność na ciepło, może stabilnie pracować w środowisku o wysokiej temperaturze 600–1000℃ (takim jak proszek na bazie niklu zawierający pierwiastki Cr i W, doskonała odporność na utlenianie i zmęczenie cieplne).
4) Kompatybilność z matrycą żeliwną
Proszek na bazie żelaza: współczynnik rozszerzalności cieplnej zbliżony do współczynnika żeliwa (na bazie Fe) (proszek na bazie żelaza ma współczynnik rozszerzalności cieplnej ok. 11–14×10⁻⁶/℃, żeliwo ok. 10–12×10⁻⁶/℃), niewielkie naprężenie cieplne podczas powlekania, niełatwe do pęknięcia ze względu na różnicę rozszerzalności cieplnej (szczególnie nadaje się do grubych warstw powlekania).
Proszek na bazie niklu: Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest stosunkowo wysoki (około 13-16×10⁻⁶/℃), co nieznacznie różni się od żeliwa. Łatwo pęka pod wpływem naprężeń termicznych podczas nakładania grubej warstwy, co należy złagodzić poprzez wstępne podgrzanie, powolne chłodzenie lub nakładanie warstwowe.
3. Różnice w adaptowalności procesów
Proszek na bazie żelaza:
• Niska wrażliwość na moc lasera, średnia płynność stopionego materiału, łatwość tworzenia płaskiej warstwy okładzinowej;
• Zawiera elementy odtleniające, takie jak Si i B, ma wysoką tolerancję na zanieczyszczenia, takie jak C i S w żeliwie (nie tworzy łatwo porów);
• Stopień rozcieńczenia warstwy okładzinowej (stosunek metalu bazowego domieszanego do warstwy okładzinowej) jest stosunkowo trudny do kontrolowania i zwykle wynosi 10–20% (zbyt wysoki stopień rozcieńczenia może spowodować obniżenie twardości).
Proszek na bazie niklu:
• Wysoka absorpcja lasera, dobra płynność stopionego materiału (szczególnie proszku na bazie niklu zawierającego B i Si), łatwość uzyskania cienkiej i jednolitej warstwy okładzinowej;
• Wrażliwy na węgiel (C) w żeliwie. Jeśli osnowa ma wysoką zawartość węgla (np. żeliwo szare), łatwo tworzy kruche fazy (np. węgliki sieciowe) z powodu dyfuzji węgla (C) do warstwy plateru. Konieczna jest ścisła kontrola parametrów lasera (np. zmniejszenie mocy i zwiększenie prędkości skanowania), aby zmniejszyć stopień rozcieńczenia (zwykle wymagany poniżej 10%).
• Łatwo reaguje z siarką (S) w żeliwie, tworząc niskotopliwą eutektykę (np. Ni₃S₂), co powoduje pęknięcia termiczne. Należy zadbać o usunięcie siarczków powierzchniowych podczas wstępnej obróbki żeliwnych elementów.
4. Koszty i scenariusze zastosowań
| Wymiary | Proszek na bazie żelaza | Proszek na bazie niklu |
| Koszt | Niższa (około 1/3-1/2 proszku na bazie niklu), opłacalna | Wysoka (z powodu wysokiej ceny metalu Ni), wysoka presja kosztów |
| Scenariusze zastosowania | 1. Warunki pracy wymagające dużej odporności na zużycie i średniej odporności na korozję (np. prowadnice obrabiarek i naprawa rolek); 2. Niedroga, wielkoobjętościowa renowacja wymiarów lub wzmocnienie powierzchni części żeliwnych; 3. Wymagania dotyczące grubych warstw okładziny (>2 mm) (np. naprawa zużycia dużych części żeliwnych). | 1. Warunki pracy wymagające wysokiej odporności na korozję i odporności cieplnej (np. urządzenia chemiczne, zawory wysokotemperaturowe); 2. Scenariusze wymagające doskonałej wytrzymałości i odporności na uderzenia (np. powierzchnie zębów kół zębatych, młoty kruszarek); 3. Precyzyjne platerowanie cienkościennych lub skomplikowanych kształtowo części żeliwnych (np. formy, części hydrauliczne). |
Streszczenie
• Proszek na bazie żelaza jest preferowany, gdy liczy się niski koszt i wysoka odporność na zużycie, a warunki pracy nie wymagają silnej korozji ani wysokiej temperatury (np. w przypadku naprawy zwykłych części mechanicznych).
• Proszek na bazie niklu jest preferowany, gdy wymagana jest odporność na korozję, odporność cieplna lub wysoka wytrzymałość, a dopuszczalne są wyższe koszty (np. przy wzmacnianiu precyzyjnych części żeliwnych w specjalnych warunkach pracy).
