Geležies ir nikelio pagrindo miltelių, skirtų lazeriniam plakiravimui, skirtumas
Ketaus detalių lazerinio plakiravimo srityje geležies ir nikelio pagrindo miltelių pasirinkimas tiesiogiai veikia plakiravimo sluoksnio našumą, taikymo scenarijus ir kainą. Pagrindinis skirtumas tarp šių dviejų medžiagų atsispindi sudėtyje, našume, proceso pritaikomume ir taikymo scenarijuose:
1. Sudedamųjų dalių skirtumai
| Miltelių tipas | Pagrindiniai ingredientai | Tipiniai legiruojantys elementai |
| Geležies pagrindo milteliai | Remiantis Fe (kiekis paprastai > 50 %) | Dažnai sudėtyje yra Cr, Ni, Mo, Si, B ir kt. (pvz., Fe-Cr-Ni-Mo sistema, Fe-Si-B sistema) |
| Nikelio pagrindo milteliai | Ni pagrindu (kiekis paprastai > 50 %) | Dažnai sudėtyje yra Cr, Mo, W, Co, Si, B ir kt. (pvz., Ni-Cr-Mo sistema, Ni-Cr-B-Si sistema) |
2. Pagrindinių našumo palyginimas
1) Mechaninės savybės
Geležies pagrindo milteliai:
• Didelis kietumas (HRC 30–60, su sudėties reguliavimu, didelis Cr, Mo tipas gali siekti HRC 50 ar daugiau), geras atsparumas dilimui;
• Stipris artimas ketaus matricos stipriui (tempiamasis stipris 500–1000 MPa), geresnis metalurginis suderinamumas su ketumi, o apvalkalo sluoksnio ir matricos sukibimo stipris yra didelis (paprastai >300 MPa);
• Vidutinio trapumo, didelio kietumo modeliai gali turėti tam tikrą jautrumą įtrūkimams (plakaravimo procesą reikia kontroliuoti, kad sumažėtų įtempis).
Nikelio pagrindo milteliai:
• Vidutinis kietumas (HRC 20–45, mažai legiruotas tipas yra minkštesnis, didelis Cr, W tipas gali siekti HRC 40–50), tačiau puikus tvirtumas, geresnis atsparumas smūgiams nei geležies pagrindu pagaminti milteliai;
• Šiek tiek mažesnis tempiamasis stipris nei gausiai legiruotų geležies miltelių (400–800 MPa), bet geresnis plastiškumas (pailgėjimas > 10 %, geležies miltelių paprastai
• Šiek tiek mažesnis sukibimo stipris su ketumi (paprastai 200–300 MPa), bet mažas įtrūkimų jautrumas, šaltų įtrūkimų susidarymas nėra lengvas (dėl nikelio tvirtumo ir mažo įtempio savybių).
2) Atsparumas korozijai
Geležies pagrindo milteliai: vidutinis atsparumas korozijai. Įprasti geležies pagrindo milteliai (mažas Cr kiekis) yra atsparūs atmosferos ir gėlo vandens korozijai, tačiau yra linkę rūdyti rūgštinėje ir šarminėje aplinkoje. Didelio Cr kiekio milteliai (Cr kiekis > 12 %) pasižymi geresniu atsparumu korozijai, bet vis tiek nėra tokie geri kaip nikelio pagrindo milteliai.
Nikelio pagrindo milteliai: puikus atsparumas korozijai, ypač aukštoje temperatūroje, drėgnoje, rūgštinėje ir šarminėje (pvz., organinių rūgščių, silpnų šarmų) aplinkoje (nes Ni ir Cr sudaro tankią oksido plėvelę), tinka korozinėms sąlygoms.
3) Atsparumas karščiui
Geležies milteliai: bendras atsparumas karščiui, ilgalaikė darbo temperatūra paprastai yra
Nikelio pagrindo milteliai: pasižymi dideliu atsparumu karščiui, gali stabiliai veikti aukštoje 600–1000 ℃ temperatūroje (pvz., nikelio pagrindo milteliai, kurių sudėtyje yra Cr ir W elementų, pasižymi puikiu antioksidaciniu ir šiluminio nuovargio atsparumu).
4) Suderinamumas su ketaus matrica
Geležies pagrindo milteliai: artimesni ketaus (Fe pagrindo) šiluminio plėtimosi koeficientui (geležies pagrindo miltelių yra apie 11–14 × 10⁻⁶/℃, ketaus – apie 10–12 × 10⁻⁶/℃), mažas šiluminis įtempis apdengimo metu, dėl šiluminio plėtimosi skirtumo nesunku įtrūkti (ypač tinka storam apdengimo sluoksniui).
Nikelio pagrindo milteliai: šiluminio plėtimosi koeficientas yra gana didelis (apie 13–16 × 10⁻⁶/℃), kuris šiek tiek skiriasi nuo ketaus. Dėl šiluminio įtempio, susidarančio storo apkalimo metu, juos lengva įtrūkti, todėl juos reikia sumažinti iš anksto pašildant, lėtai aušinant arba sluoksniuojant apkalą.
3. Proceso prisitaikymo skirtumai
Geležies pagrindo milteliai:
• Mažas jautrumas lazerio galiai, vidutinis išlydyto metalo takumas, lengva suformuoti plokščią apdailos sluoksnį;
• Sudėtyje yra deoksiduojančių elementų, tokių kaip Si ir B, pasižymi dideliu atsparumu priemaišoms, tokioms kaip C ir S ketaus sudėtyje (nesunku susidaryti poroms);
• Apdailos sluoksnio skiedimo greitį (netauriojo metalo, įmaišyto į apdailos sluoksnį, dalį) kontroliuoti vidutiniškai sunku, paprastai jis yra 10–20 % (per didelis kiekis gali sumažinti kietumą).
Nikelio pagrindo milteliai:
• Didelis lazerio sugerties greitis, geras išlydyto vandens takumas (ypač nikelio pagrindo milteliai, kurių sudėtyje yra B ir Si), lengvai gaunamas plonas ir vienodas apdailos sluoksnis;
• Jautrus ketaus anglies kiekiui. Jei matricoje yra daug anglies (pvz., pilkajame ketuje), dėl anglies difuzijos į apvalkalo sluoksnį lengva susidaryti trapioms fazėms (pvz., tinkliniams karbidams). Būtina griežtai kontroliuoti lazerio parametrus (pvz., mažinti galią ir didinti skenavimo greitį), kad būtų sumažintas skiedimo greitis (paprastai reikalaujama, kad jis būtų mažesnis nei 10 %);
• Lengvai reaguoja su siera (S) ketuje ir sudaro žemos lydymosi temperatūros eutektinius junginius (pvz., Ni₃S₂), dėl kurių atsiranda terminių įtrūkimų. Būtina užtikrinti, kad ketaus detalių išankstinio apdorojimo metu būtų pašalinti paviršiaus sulfidai.
4. Sąnaudų ir taikymo scenarijai
| Matmenys | Geležies pagrindo milteliai | Nikelio pagrindo milteliai |
| Kaina | Mažesnis (apie 1/3–1/2 nikelio pagrindo miltelių), ekonomiškas | Didelis (dėl didelės Ni metalo kainos), didelis sąnaudų spaudimas |
| Taikomi scenarijai | 1. Darbo sąlygos, kurioms reikalingas didelis atsparumas dilimui ir vidutinis atsparumas korozijai (pvz., staklių kreipiančiųjų bėgių ir ritinėlių remontas); 2. Pigus, didelio tūrio ketaus detalių matmenų atkūrimas arba paviršiaus sutvirtinimas; 3. Storo apdailos sluoksnio reikalavimai (> 2 mm) (pvz., didelių ketaus detalių susidėvėjimo remontas). | 1. Darbo sąlygos, kurioms reikalingas didelis atsparumas korozijai ir karščiui (pvz., cheminė įranga, aukštos temperatūros vožtuvai); 2. Scenarijai, kuriems reikalingas puikus tvirtumas ir atsparumas smūgiams (pvz., krumpliaračių dantų paviršiai, trupintuvo plaktukai); 3. Plonasienių arba sudėtingos formos ketaus detalių (pvz., formų, hidraulinių dalių) precizinis plakiravimas. |
Santrauka
• Geležies pagrindo milteliai yra pageidaujami: kai siekiama mažos kainos ir didelio atsparumo dilimui, o darbo sąlygos nereikalauja stiprios korozijos ar aukštos temperatūros (pvz., įprastų mechaninių dalių remontas).
• Nikelio pagrindo milteliai yra pageidaujami: kai reikalingas atsparumas korozijai, atsparumas karščiui arba didelis tvirtumas ir priimtinos didesnės išlaidos (pvz., tiksliųjų ketaus detalių stiprinimas specialiomis darbo sąlygomis).
