Разликата между прах на желязна основа и прах на никелова основа за лазерно плакиране
При лазерното наплакване на чугунени детайли, изборът на прах на желязна и никелова основа пряко влияе върху производителността, сценариите на приложение и цената на облицовъчния слой. Основната разлика между двете се отразява в състава, производителността, адаптивността на процеса и сценариите на приложение, както следва:
1. Разлики в съставките
| Вид прах | Основни съставки | Типични легиращи елементи |
| Прах на желязна основа | Въз основа на Fe (съдържание обикновено > 50%) | Често съдържа Cr, Ni, Mo, Si, B и др. (като например Fe-Cr-Ni-Mo система, Fe-Si-B система) |
| Прах на основата на никел | Въз основа на Ni (съдържание обикновено > 50%) | Често съдържа Cr, Mo, W, Co, Si, B и др. (като например Ni-Cr-Mo система, Ni-Cr-B-Si система) |
2. Сравнение на производителността на основните компоненти
1) Механични свойства
Прах на желязна основа:
• Висока твърдост (HRC 30-60, с корекция на състава, висок Cr, Mo тип може да достигне HRC 50 или повече), добра износоустойчивост;
• Якостта е близка до тази на чугунената матрица (якост на опън 500-1000MPa), по-добра металургична съвместимост с чугуна, а якостта на свързване между облицовъчния слой и матрицата е висока (обикновено >300MPa);
• Моделите със средна крехкост и висока твърдост могат да имат известна чувствителност към пукнатини (процесът на плакиране трябва да се контролира, за да се намали напрежението).
Прах на основата на никел:
• Средна твърдост (HRC 20-45, нисколегираният тип е по-мек, високо Cr, W типът може да достигне HRC 40-50), но отлична жилавост, по-добра устойчивост на удар от праха на желязна основа;
• Малко по-ниска якост на опън от високолегирания прах на желязна основа (400-800MPa), но по-добра пластичност (удължение> 10%, прахът на желязна основа обикновено е
• Малко по-ниска якост на свързване с чугун (обикновено 200-300MPa), но ниска чувствителност към пукнатини, не е лесно да се получат студени пукнатини (поради жилавостта и характеристиките на ниско напрежение на никела).
2) Устойчивост на корозия
Прах на желязна основа: средна устойчивост на корозия. Обикновеният прах на желязна основа (с ниско съдържание на Cr) има добра устойчивост на атмосферна и сладководна корозия, но е склонен към ръжда в киселинни и алкални среди. Прахът с високо съдържание на Cr (съдържание на Cr > 12%) има подобрена устойчивост на корозия, но все още не е толкова добър, колкото прахът на никелова основа.
Прах на основата на никел: отлична устойчивост на корозия, особено при висока температура, влажност, киселинни и алкални (като органични киселини, слаби основи) среди (тъй като Ni и Cr образуват плътен оксиден филм), подходящ за корозивни условия.
3) Устойчивост на топлина
Прах на желязна основа: обща устойчивост на топлина, дългосрочната работна температура обикновено е
Прах на основата на никел: силна топлоустойчивост, може да работи стабилно във високотемпературна среда от 600-1000℃ (като например прах на основата на никел, съдържащ Cr и W елементи, отлична устойчивост на окисляване и термична умора).
4) Съвместимост с чугунена матрица
Прах на желязна основа: по-близо до коефициента на термично разширение на чугун (на Fe-база) (прахът на желязна основа е около 11-14×10⁻⁶/℃, чугунът е около 10-12×10⁻⁶/℃), малко термично напрежение по време на облицоване, не се напуква лесно поради разлика в термичното разширение (особено подходящ за дебели облицовъчни слоеве).
Прах на основата на никел: Коефициентът на термично разширение е сравнително висок (около 13-16×10⁻⁶/℃), което е малко по-различно от чугуна. Лесно се напуква поради термично напрежение по време на дебело плакиране, което трябва да се облекчи чрез предварително нагряване, бавно охлаждане или слоесто плакиране.
3. Разлики в адаптивността на процесите
Прах на желязна основа:
• Ниска чувствителност към лазерна мощност, средна течливост на разтопения басейн, лесно образуване на плосък облицовъчен слой;
• Съдържа дезоксидиращи елементи като Si и B, има висока толерантност към примеси като C и S в чугуна (не е лесно да се образуват пори);
• Скоростта на разреждане на облицовъчния слой (пропорцията на основния метал, смесен с облицовъчния слой) е умерено трудна за контролиране, обикновено се контролира на 10%-20% (твърде високата стойност може да намали твърдостта).
Прах на основата на никел:
• Висока степен на лазерно поглъщане, добра течливост на разтопения басейн (особено прах на основата на никел, съдържащ B и Si), лесно постигане на тънък и равномерен слой на облицовка;
• Чувствителен към въглерод в чугуна. Ако матрицата има високо съдържание на въглерод (като сив чугун), лесно се образуват крехки фази (като мрежови карбиди) поради дифузията на въглерода в облицовъчния слой. Необходимо е стриктно да се контролират параметрите на лазера (като намаляване на мощността и увеличаване на скоростта на сканиране), за да се намали степента на разреждане (обикновено се изисква да бъде по-малко от 10%);
• Лесно реагира със сярата (S) в чугуна, за да образува нискотопяща се евтектика (като Ni₃S₂), което води до термични пукнатини. Необходимо е да се гарантира, че повърхностните сулфиди се отстраняват по време на предварителната обработка на чугунените части.
4. Сценарии за разходи и приложение
| Размери | Прах на желязна основа | Прах на основата на никел |
| Цена | По-ниска (около 1/3-1/2 от праха на базата на никел), рентабилна | Високо (поради високата цена на никел), високо ценово налягане |
| Приложими сценарии | 1. Работни условия, изискващи висока износоустойчивост и средна устойчивост на корозия (като например ремонт на направляващи релси и ролки на машинни инструменти); 2. Евтино, мащабно размерно възстановяване или повърхностно укрепване на чугунени детайли; 3. Изисквания за дебели облицовъчни слоеве (> 2 мм) (като например ремонт на износване на големи чугунени части). | 1. Работни условия, изискващи висока устойчивост на корозия и устойчивост на топлина (като например химическо оборудване, високотемпературни клапани); 2. Сценарии, изискващи отлична здравина и устойчивост на удар (като например зъбни повърхности на зъбни колела, чукове за трошачки); 3. Прецизно плакиране на тънкостенни или сложни по форма чугунени детайли (като форми, хидравлични части). |
Обобщение
• Прахът на желязна основа е за предпочитане: когато се търси ниска цена и висока износоустойчивост, а условията на работа не изискват силна корозия или висока температура (като например ремонт на обикновени механични части).
• Прахът на никелова основа е предпочитан: когато се изисква устойчивост на корозия, топлоустойчивост или висока жилавост и са приемливи по-високи разходи (като например укрепване на прецизни чугунени части при специални работни условия).
