Razlika između praha na bazi željeza i praha na bazi nikla za lasersko oblaganje
Kod laserskog oblaganja dijelova od lijevanog željeza, izbor praha na bazi željeza i praha na bazi nikla direktno utiče na performanse, scenarije primjene i cijenu sloja oblaganja. Osnovna razlika između ta dva materijala ogleda se u sastavu, performansama, prilagodljivosti procesa i scenarijima primjene, kako slijedi:
1. Razlike u sastojcima
| Vrsta praha | Glavni sastojci | Tipični legirajući elementi |
| Prah na bazi željeza | Na osnovu Fe (sadržaj obično > 50%) | Često sadrži Cr, Ni, Mo, Si, B, itd. (kao što su Fe-Cr-Ni-Mo sistem, Fe-Si-B sistem) |
| Prah na bazi nikla | Na bazi Ni (sadržaj obično > 50%) | Često sadrži Cr, Mo, W, Co, Si, B, itd. (kao što su Ni-Cr-Mo sistem, Ni-Cr-B-Si sistem) |
2. Poređenje osnovnih performansi
1) Mehanička svojstva
Prah na bazi željeza:
• Visoka tvrdoća (HRC 30-60, uz podešavanje sastava, visoki Cr, Mo tip može dostići HRC 50 ili više), dobra otpornost na habanje;
• Čvrstoća je bliska čvrstoći matrice od lijevanog željeza (zatezna čvrstoća 500-1000 MPa), bolja metalurška kompatibilnost s lijevanim željezom, a čvrstoća vezivanja između sloja oblaganja i matrice je visoka (obično >300 MPa);
• Modeli srednje krhkosti i visoke tvrdoće mogu imati određenu osjetljivost na pukotine (proces oblaganja treba kontrolirati kako bi se smanjio napon).
Prah na bazi nikla:
• Srednja tvrdoća (HRC 20-45, tip s niskim udjelom legure je mekši, tip s visokim udjelom Cr i W može doseći HRC 40-50), ali odlična žilavost, bolja otpornost na udarce od praha na bazi željeza;
• Nešto niža zatezna čvrstoća od visokolegiranog praha na bazi željeza (400-800MPa), ali bolja plastičnost (izduženje >10%, prah na bazi željeza je obično
• Nešto niža čvrstoća vezivanja kod lijevanog željeza (obično 200-300MPa), ali niska osjetljivost na pukotine, nije lako proizvesti hladne pukotine (zbog žilavosti i niskih naponskih karakteristika nikla).
2) Otpornost na koroziju
Prah na bazi željeza: srednja otpornost na koroziju. Obični prah na bazi željeza (nizak sadržaj Cr) ima dobru otpornost na atmosfersku i slatkovodnu koroziju, ali je sklon hrđanju u kiselim i alkalnim okruženjima. Prah s visokim sadržajem Cr (sadržaj Cr > 12%) ima poboljšanu otpornost na koroziju, ali i dalje nije tako dobar kao prah na bazi nikla.
Prah na bazi nikla: odlična otpornost na koroziju, posebno u uslovima visoke temperature, vlage, kiselosti i alkalnih okruženja (kao što su organske kiseline, slabe alkalije) (jer Ni i Cr formiraju gusti oksidni film), pogodan za korozivne uslove.
3) Otpornost na toplinu
Prah na bazi željeza: opća otpornost na toplinu, dugotrajna radna temperatura je obično
Prah na bazi nikla: jaka otpornost na toplotu, može stabilno raditi u okruženju sa visokim temperaturama od 600-1000 ℃ (kao što je prah na bazi nikla koji sadrži Cr i W elemente, odlična otpornost na oksidaciju i termički zamor).
4) Kompatibilnost s matricom od lijevanog željeza
Prah na bazi željeza: bliži koeficijentu termičkog širenja lijevanog željeza (na bazi Fe) (prah na bazi željeza je oko 11-14×10⁻⁶/℃, lijevano željezo je oko 10-12×10⁻⁶/℃), mali termički napon tokom oblaganja, nije lako pucati zbog razlike u termičkom širenju (posebno pogodno za debele slojeve oblaganja).
Prah na bazi nikla: Koeficijent termičkog širenja je relativno visok (oko 13-16×10⁻⁶/℃), što se neznatno razlikuje od lijevanog željeza. Lako puca zbog termičkog naprezanja tokom debelog oblaganja, što treba ublažiti predgrijavanjem, sporim hlađenjem ili slojevitim oblaganjem.
3. Razlike u prilagodljivosti procesa
Prah na bazi željeza:
• Niska osjetljivost na lasersku snagu, srednja fluidnost rastopljenog sloja, lako formiranje ravnog sloja oblaganja;
• Sadrži deoksidirajuće elemente poput Si i B, ima visoku toleranciju na nečistoće poput C i S u lijevanom željezu (nije lako stvarati pore);
• Brzina razrjeđivanja sloja oblaganja (udio osnovnog metala pomiješanog sa slojem oblaganja) je umjereno teška za kontrolu, obično se kontrolira na 10%-20% (previsoka može smanjiti tvrdoću).
Prah na bazi nikla:
• Visoka stopa apsorpcije lasera, dobra fluidnost rastopljenog sloja (posebno prah na bazi nikla koji sadrži B i Si), lako postizanje tankog i ujednačenog sloja oblaganja;
• Osjetljivo na C u lijevanom željezu. Ako matrica ima visok sadržaj ugljika (kao što je sivi liv), lako se formiraju krhke faze (kao što su mrežni karbidi) zbog difuzije C u sloj plašta. Potrebno je strogo kontrolirati parametre lasera (kao što je smanjenje snage i povećanje brzine skeniranja) kako bi se smanjila stopa razrjeđivanja (obično se zahtijeva da bude manja od 10%);
• Lako reaguje sa sumporom (S) u lijevanom željezu formirajući eutektik niske tačke topljenja (kao što je Ni₃S₂), što rezultira termičkim pukotinama. Potrebno je osigurati da se površinski sulfidi uklone tokom prethodne obrade dijelova od lijevanog željeza.
4. Troškovi i scenariji primjene
| Dimenzije | Prah na bazi željeza | Prah na bazi nikla |
| Cijena | Niže (oko 1/3-1/2 praha na bazi nikla), isplativo | Visok (zbog visoke cijene Ni metala), visoki troškovni pritisak |
| Primjenjivi scenariji | 1. Radni uslovi koji zahtijevaju visoku otpornost na habanje i srednju otpornost na koroziju (kao što su popravka vodilica alatnih mašina i valjaka); 2. Jeftina, dimenzionalna restauracija ili površinsko ojačavanje dijelova od lijevanog željeza velikih dimenzija; 3. Zahtjevi za debele slojeve oblaganja (> 2 mm) (kao što je popravak habanja velikih dijelova od lijevanog željeza). | 1. Radni uslovi koji zahtijevaju visoku otpornost na koroziju i otpornost na toplotu (kao što su hemijska oprema, ventili za visoke temperature); 2. Scenariji koji zahtijevaju odličnu žilavost i otpornost na udarce (kao što su površine zuba zupčanika, čekići za drobilice); 3. Precizno oblaganje tankozidnih ili složeno oblikovanih dijelova od lijevanog željeza (kao što su kalupi, hidraulični dijelovi). |
Sažetak
• Prah na bazi željeza je poželjniji: kada se teži niskoj cijeni i visokoj otpornosti na habanje, a radni uslovi ne zahtijevaju jaku koroziju ili visoku temperaturu (kao što je popravak običnih mehaničkih dijelova).
• Prah na bazi nikla je poželjniji: kada je potrebna otpornost na koroziju, otpornost na toplotu ili visoka žilavost, a prihvatljivi su i viši troškovi (kao što je jačanje preciznih dijelova od lijevanog željeza pod posebnim radnim uslovima).
