Rozdíl mezi práškem na bázi železa a práškem na bázi niklu pro laserové navařování
Při laserovém plátování litinových dílů má volba prášku na bázi železa a prášku na bázi niklu přímý vliv na výkon, aplikační scénáře a cenu plátovací vrstvy. Základní rozdíl mezi těmito dvěma materiály se odráží ve složení, výkonu, přizpůsobivosti procesu a aplikačních scénářích takto:
1. Rozdíly ve složení
| Typ prášku | Hlavní ingredience | Typické legující prvky |
| Prášek na bázi železa | Na základě Fe (obsah obvykle > 50 %) | Často obsahuje Cr, Ni, Mo, Si, B atd. (například systém Fe-Cr-Ni-Mo, systém Fe-Si-B) |
| Prášek na bázi niklu | Na základě Ni (obsah obvykle > 50 %) | Často obsahuje Cr, Mo, W, Co, Si, B atd. (jako například systém Ni-Cr-Mo, systém Ni-Cr-B-Si) |
2. Porovnání výkonu jádra
1) Mechanické vlastnosti
Prášek na bázi železa:
• Vysoká tvrdost (HRC 30-60, s úpravou složení, vysoký obsah Cr, typ Mo může dosáhnout HRC 50 nebo vyšší), dobrá odolnost proti opotřebení;
• Pevnost se blíží pevnosti litinové matrice (pevnost v tahu 500-1000 MPa), lepší metalurgická kompatibilita s litinou a pevnost spoje mezi plátovací vrstvou a matricí je vysoká (obvykle >300 MPa);
• Modely se střední křehkostí a vysokou tvrdostí mohou mít určitou citlivost na trhliny (proces plátování je třeba kontrolovat, aby se snížilo napětí).
Prášek na bázi niklu:
• Střední tvrdost (HRC 20-45, nízkolegovaný typ je měkčí, vysokochromatický, typ W může dosáhnout HRC 40-50), ale vynikající houževnatost, lepší odolnost proti nárazu než prášek na bázi železa;
• Mírně nižší pevnost v tahu než u prášku na bázi vysokolegovaného železa (400-800 MPa), ale lepší plasticita (prodloužení > 10 %, u prášku na bázi železa je obvykle
• Mírně nižší pevnost spoje s litinou (obvykle 200-300 MPa), ale nízká citlivost na trhliny, není snadné vytvářet studené trhliny (kvůli houževnatosti a nízkým pnutí niklu).
2) Odolnost proti korozi
Prášek na bázi železa: střední odolnost proti korozi. Běžný prášek na bázi železa (s nízkým obsahem Cr) má dobrou odolnost vůči atmosférické a sladkovodní korozi, ale je náchylný ke korozi v kyselém a alkalickém prostředí. Prášek s vysokým obsahem Cr (obsah Cr > 12 %) má zlepšenou odolnost proti korozi, ale stále není tak dobrý jako prášek na bázi niklu.
Prášek na bázi niklu: vynikající odolnost proti korozi, zejména za vysokých teplot, vlhkého, kyselého a zásaditého prostředí (jako jsou organické kyseliny, slabé zásady) (protože Ni a Cr tvoří hustý oxidový film), vhodný pro korozivní podmínky.
3) Tepelná odolnost
Prášek na bázi železa: obecně tepelná odolnost, dlouhodobá pracovní teplota je obvykle
Prášek na bázi niklu: silná tepelná odolnost, může stabilně pracovat ve vysokoteplotním prostředí 600-1000 ℃ (například prášek na bázi niklu obsahující prvky Cr a W, vynikající antioxidační a tepelná únavová odolnost).
4) Kompatibilita s litinovou matricí
Prášek na bázi železa: blíží se koeficientu tepelné roztažnosti litiny (na bázi železa) (prášek na bázi železa je asi 11–14×10⁻⁶/℃, litina je asi 10–12×10⁻⁶/℃), malé tepelné namáhání během plátování, nepraská snadno v důsledku rozdílu tepelné roztažnosti (vhodné zejména pro silné vrstvy plátování).
Prášek na bázi niklu: Koeficient tepelné roztažnosti je relativně vysoký (přibližně 13–16×10⁻⁶/℃), což se mírně liší od litiny. V důsledku tepelného namáhání při silných plátováních snadno praská, což je třeba zmírnit předehříváním, pomalým ochlazováním nebo vrstveným plátováním.
3. Rozdíly v adaptabilitě procesů
Prášek na bázi železa:
• Nízká citlivost na laserový výkon, střední tekutost roztavené lázně, snadné vytvoření ploché vrstvy obkladu;
• Obsahuje deoxidační prvky, jako je Si a B, má vysokou toleranci vůči nečistotám, jako je C a S v litině (nesnadno se tvoří póry);
• Míra ředění plátovací vrstvy (podíl základního kovu smíchaného s plátovací vrstvou) je středně obtížně regulovatelná, obvykle se pohybuje mezi 10 % a 20 % (příliš vysoká míra může snížit tvrdost).
Prášek na bázi niklu:
• Vysoká míra absorpce laseru, dobrá tekutost roztavené lázně (zejména prášku na bázi niklu obsahujícího B a Si), snadno dosažitelná tenká a rovnoměrná vrstva povlaku;
• Citlivá na uhlík v litině. Pokud má matrice vysoký obsah uhlíku (například šedá litina), snadno se v důsledku difuze uhlíku do plátovací vrstvy tvoří křehké fáze (například síťované karbidy). Je nutné přísně kontrolovat parametry laseru (například snižovat výkon a zvyšovat rychlost skenování), aby se snížila míra ředění (obvykle požadovaná hodnota je menší než 10 %).
• V litině snadno reaguje se sírou (S) za vzniku nízkotavitelného eutektika (jako je Ni₃S₂), což vede k tepelným trhlinám. Během předúpravy litinových dílů je nutné zajistit odstranění povrchových sulfidů.
4. Náklady a scénáře použití
| Rozměry | Prášek na bázi železa | Prášek na bázi niklu |
| Náklady | Nižší (asi 1/3-1/2 prášku na bázi niklu), cenově výhodné | Vysoký (kvůli vysoké ceně kovového niklu) a vysoký tlak na náklady |
| Použitelné scénáře | 1. Pracovní podmínky vyžadující vysokou odolnost proti opotřebení a střední odolnost proti korozi (například opravy vodicích lišt a válečků obráběcích strojů); 2. Nízkonákladová, velkoobjemová rozměrová restaurování nebo povrchové zpevnění litinových dílů; 3. Požadavky na silné vrstvy obkladu (＞2 mm) (například opravy opotřebení velkých litinových dílů). | 1. Pracovní podmínky vyžadující vysokou odolnost proti korozi a teplu (jako jsou chemická zařízení, vysokoteplotní ventily); 2. Scénáře vyžadující vynikající houževnatost a odolnost proti nárazu (jako jsou povrchy zubů ozubených kol, drticí kladiva); 3. Přesné opláštění tenkostěnných nebo složitých litinových dílů (jako jsou formy, hydraulické díly). |
Shrnutí
• Prášek na bázi železa je upřednostňován: pokud se hledají nízké náklady a vysoká odolnost proti opotřebení a pracovní podmínky nevyžadují silnou korozi nebo vysokou teplotu (například při opravách běžných mechanických součástí).
• Prášek na bázi niklu je upřednostňován: pokud je vyžadována odolnost proti korozi, tepelná odolnost nebo vysoká houževnatost a jsou přijatelné vyšší náklady (například zpevňování přesných litinových dílů za zvláštních pracovních podmínek).
