Різниця між порошком на основі заліза та порошком на основі нікелю для лазерного плакування
При лазерному плакуванні чавунних деталей вибір порошку на основі заліза та порошку на основі нікелю безпосередньо впливає на продуктивність, сценарії застосування та вартість шару плакування. Основна різниця між ними відображається у складі, продуктивності, адаптивності процесу та сценаріях застосування, а саме:
1. Відмінності в інгредієнтах
| Тип порошку | Основні інгредієнти | Типові легуючі елементи |
| Порошок на основі заліза | На основі Fe (вміст зазвичай > 50%) | Часто містить Cr, Ni, Mo, Si, B тощо (наприклад, система Fe-Cr-Ni-Mo, система Fe-Si-B) |
| Порошок на основі нікелю | На основі Ni (вміст зазвичай > 50%) | Часто містить Cr, Mo, W, Co, Si, B тощо (наприклад, система Ni-Cr-Mo, система Ni-Cr-B-Si) |
2. Порівняння основної продуктивності
1) Механічні властивості
Порошок на основі заліза:
• Висока твердість (HRC 30-60, з коригуванням складу, високий вміст Cr, тип Mo може досягати HRC 50 або вище), хороша зносостійкість;
• Міцність близька до міцності чавунної матриці (міцність на розтяг 500-1000 МПа), краща металургійна сумісність з чавуном, а міцність зчеплення між плакувальним шаром і матрицею висока (зазвичай >300 МПа);
• Моделі із середньою крихкістю та високою твердістю можуть мати певну чутливість до розтріскування (процес плакування необхідно контролювати для зменшення напружень).
Порошок на основі нікелю:
• Середня твердість (HRC 20-45, низьколегований тип м'якший, високолегований, W тип може досягати HRC 40-50), але відмінна в'язкість, краща ударна стійкість, ніж порошок на основі заліза;
• Трохи нижча міцність на розтяг, ніж у порошку на основі високолегованого заліза (400-800 МПа), але краща пластичність (подовження >10%, у порошку на основі заліза зазвичай
• Трохи нижча міцність зчеплення з чавуном (зазвичай 200-300 МПа), але низька чутливість до тріщин, нелегко утворювати холодні тріщини (через в'язкість та низькі характеристики напруження нікелю).
2) Стійкість до корозії
Порошок на основі заліза: середня стійкість до корозії. Звичайний порошок на основі заліза (з низьким вмістом Cr) має добру стійкість до атмосферної та прісноводної корозії, але схильний до іржі в кислому та лужному середовищі. Порошок на основі заліза з високим вмістом Cr (вміст Cr > 12%) має покращену стійкість до корозії, але все ще не такий хороший, як порошок на основі нікелю.
Порошок на основі нікелю: відмінна стійкість до корозії, особливо за високих температур, вологості, кислотних та лужних (таких як органічні кислоти, слабкі луги) середовищ (оскільки Ni та Cr утворюють щільну оксидну плівку), підходить для агресивних умов.
3) Термостійкість
Порошок на основі заліза: загальна термостійкість, тривала робоча температура зазвичай
Порошок на основі нікелю: висока термостійкість, може стабільно працювати в умовах високої температури 600-1000 ℃ (наприклад, порошок на основі нікелю, що містить елементи Cr та W, має відмінну антиокислювальну та термостійку стійкість).
4) Сумісність з чавунною матрицею
Порошок на основі заліза: ближчий до коефіцієнта теплового розширення чавуну (на основі заліза) (порошок на основі заліза приблизно 11-14×10⁻⁶/℃, чавун приблизно 10-12×10⁻⁶/℃), невелике теплове напруження під час плакування, нелегко розтріскується через різницю теплового розширення (особливо підходить для товстого шару плакування).
Порошок на основі нікелю: коефіцієнт теплового розширення відносно високий (близько 13-16×10⁻⁶/℃), що дещо відрізняється від чавуну. Він легко розтріскується через термічне напруження під час товстого плакування, яке необхідно зменшити шляхом попереднього нагрівання, повільного охолодження або шаруватого плакування.
3. Відмінності в адаптивності процесів
Порошок на основі заліза:
• Низька чутливість до лазерної потужності, середня плинність розплавленої ванни, легко утворюється плоский шар облицювання;
• Містить розкислювальні елементи, такі як Si та B, має високу стійкість до домішок, таких як C та S, у чавуні (нелегко утворює пори);
• Швидкість розведення шару облицювання (частка основного металу, змішаного з шаром облицювання) помірно важко контролювати, зазвичай вона становить 10%-20% (занадто висока швидкість може знизити твердість).
Порошок на основі нікелю:
• Високий коефіцієнт поглинання лазерного випромінювання, хороша текучість розплавленої ванни (особливо порошку на основі нікелю, що містить B та Si), легко досягти тонкого та рівномірного шару плакування;
• Чутливий до вуглецю в чавуні. Якщо матриця має високий вміст вуглецю (наприклад, сірий чавун), легко утворюються крихкі фази (наприклад, сітчасті карбіди) через дифузію вуглецю в шар облицювання. Необхідно суворо контролювати параметри лазера (такі як зменшення потужності та збільшення швидкості сканування), щоб зменшити коефіцієнт розведення (зазвичай потрібно менше 10%);
• Легко реагує із сіркою (S) у чавуні з утворенням легкоплавкої евтектики (наприклад, Ni₃S₂), що призводить до термічних тріщин. Необхідно забезпечити видалення поверхневих сульфідів під час попередньої обробки чавунних деталей.
4. Вартість та сценарії застосування
| Розміри | Порошок на основі заліза | Порошок на основі нікелю |
| Вартість | Нижчий (близько 1/3-1/2 порошку на основі нікелю), економічно ефективний | Високий (через високу ціну на нікель) та високий тиск на витрати |
| Застосовні сценарії | 1. Умови роботи, що вимагають високої зносостійкості та середньої корозійної стійкості (наприклад, ремонт напрямних рейок та роликів верстатів); 2. Низьковартісне, великооб'ємне розмірне відновлення або зміцнення поверхні чавунних деталей; 3. Вимоги до товстих шарів плакування (> 2 мм) (наприклад, для ремонту зносу великих чавунних деталей). | 1. Умови роботи, що вимагають високої корозійної стійкості та термостійкості (наприклад, хімічне обладнання, високотемпературні клапани); 2. Сценарії, що вимагають відмінної міцності та ударостійкості (наприклад, поверхні зубців шестерень, молотки дробарок); 3. Прецизійне плакування тонкостінних або складної форми чавунних деталей (таких як форми, деталі гідравлічних систем). |
Короткий зміст
• Порошок на основі заліза є кращим: коли прагнеться низької вартості та високої зносостійкості, а умови роботи не вимагають сильної корозії або високої температури (наприклад, ремонт звичайних механічних деталей).
• Порошок на основі нікелю є кращим: коли потрібна стійкість до корозії, жаростійкість або висока в'язкість, а вищі витрати є прийнятними (наприклад, зміцнення прецизійних чавунних деталей за спеціальних умов роботи).
