Perbezaan antara serbuk berasaskan besi dan serbuk berasaskan nikel untuk pelapisan laser
Dalam pelapisan laser bahagian besi tuang, pilihan serbuk berasaskan besi dan serbuk berasaskan nikel secara langsung mempengaruhi prestasi, senario aplikasi dan kos lapisan pelapisan. Perbezaan teras antara kedua-duanya tercermin dalam komposisi, prestasi, kebolehsuaian proses dan senario aplikasi, seperti berikut:
1. Perbezaan dalam bahan-bahan
| Jenis Serbuk | Bahan-bahan Utama | Unsur pengaloi tipikal |
| Serbuk berasaskan besi | Berdasarkan Fe (kandungan biasanya > 50%) | Selalunya mengandungi Cr, Ni, Mo, Si, B, dan sebagainya (seperti sistem Fe-Cr-Ni-Mo, sistem Fe-Si-B) |
| Serbuk berasaskan nikel | Berdasarkan Ni (kandungan biasanya > 50%) | Selalunya mengandungi Cr, Mo, W, Co, Si, B, dan sebagainya (seperti sistem Ni-Cr-Mo, sistem Ni-Cr-B-Si) |
2. Perbandingan Prestasi Teras
1) Sifat mekanikal
Serbuk berasaskan besi:
• Kekerasan tinggi (HRC 30-60, dengan pelarasan komposisi, Cr tinggi, jenis Mo boleh mencapai HRC 50 atau lebih), rintangan haus yang baik;
• Kekuatannya hampir dengan matriks besi tuang (kekuatan tegangan 500-1000MPa), keserasian metalurgi yang lebih baik dengan besi tuang, dan kekuatan ikatan antara lapisan pelapisan dan matriksnya tinggi (biasanya >300MPa);
• Model yang sederhana rapuh dan tinggi kekerasannya mungkin mempunyai sensitiviti retak tertentu (proses pelapisan perlu dikawal untuk mengurangkan tekanan).
Serbuk berasaskan nikel:
• Kekerasan sederhana (HRC 20-45, jenis aloi rendah lebih lembut, Cr tinggi, jenis W boleh mencapai HRC 40-50), tetapi ketahanan yang sangat baik, rintangan hentaman yang lebih baik daripada serbuk berasaskan besi;
• Kekuatan tegangan yang sedikit lebih rendah daripada serbuk berasaskan besi aloi tinggi (400-800MPa), tetapi keplastikan yang lebih baik (pemanjangan>10%, serbuk berasaskan besi biasanya
• Kekuatan ikatan yang sedikit lebih rendah dengan besi tuang (biasanya 200-300MPa), tetapi kepekaan retak yang rendah, tidak mudah menghasilkan retakan sejuk (disebabkan oleh ketahanan dan ciri-ciri tekanan rendah nikel).
2) Rintangan kakisan
Serbuk berasaskan besi: rintangan kakisan sederhana. Serbuk berasaskan besi biasa (Cr rendah) mempunyai rintangan yang baik terhadap kakisan atmosfera dan air tawar, tetapi mudah berkarat dalam persekitaran berasid dan alkali. Jenis Cr tinggi (kandungan Cr > 12%) mempunyai rintangan kakisan yang lebih baik, tetapi masih tidak sebaik serbuk berasaskan nikel.
Serbuk berasaskan nikel: rintangan kakisan yang sangat baik, terutamanya dalam persekitaran suhu tinggi, lembap, berasid dan alkali (seperti asid organik, alkali lemah) (kerana Ni dan Cr membentuk filem oksida padat), sesuai untuk keadaan menghakis.
3) Rintangan haba
Serbuk berasaskan besi: rintangan haba umum, suhu kerja jangka panjang biasanya
Serbuk berasaskan nikel: rintangan haba yang kuat, boleh berfungsi dengan stabil dalam persekitaran suhu tinggi 600-1000 ℃ (seperti serbuk berasaskan nikel yang mengandungi unsur Cr dan W, anti-pengoksidaan dan rintangan keletihan haba yang sangat baik).
4) Keserasian dengan matriks besi tuang
Serbuk berasaskan besi: lebih dekat dengan pekali pengembangan haba besi tuang (berasaskan Fe) (serbuk berasaskan besi adalah kira-kira 11-14×10⁻⁶/℃, besi tuang adalah kira-kira 10-12×10⁻⁶/℃), tekanan haba yang kecil semasa pelapisan, tidak mudah retak disebabkan oleh perbezaan pengembangan haba (sangat sesuai untuk lapisan pelapisan tebal).
Serbuk berasaskan nikel: Pekali pengembangan haba agak tinggi (kira-kira 13-16×10⁻⁶/℃), yang sedikit berbeza daripada besi tuang. Ia mudah retak disebabkan oleh tekanan haba semasa pelapisan tebal, yang perlu dikurangkan dengan pemanasan awal, penyejukan perlahan atau pelapisan berlapis.
3. Perbezaan dalam kebolehsuaian proses
Serbuk berasaskan besi:
• Kepekaan rendah terhadap kuasa laser, kecairan sederhana kolam cair, mudah membentuk lapisan pelapisan rata;
• Mengandungi unsur penyahoksidaan seperti Si dan B, mempunyai toleransi yang tinggi terhadap bendasing seperti C dan S dalam besi tuang (tidak mudah menghasilkan liang pori);
• Kadar pencairan lapisan pelapisan (kadar logam asas yang dicampurkan ke dalam lapisan pelapisan) agak sukar dikawal, biasanya dikawal pada 10%-20% (terlalu tinggi boleh mengurangkan kekerasan).
Serbuk berasaskan nikel:
• Kadar penyerapan laser yang tinggi, kecairan kolam lebur yang baik (terutamanya serbuk berasaskan nikel yang mengandungi B dan Si), mudah untuk mencapai lapisan pelapisan nipis dan seragam;
• Sensitif terhadap C dalam besi tuang. Jika matriks mempunyai kandungan karbon yang tinggi (seperti besi tuang kelabu), fasa rapuh (seperti karbida rangkaian) mudah terbentuk disebabkan oleh resapan C ke dalam lapisan pelapisan. Parameter laser (seperti mengurangkan kuasa dan meningkatkan kelajuan pengimbasan) perlu dikawal ketat untuk mengurangkan kadar pencairan (biasanya dikehendaki kurang daripada 10%);
• Mudah bertindak balas dengan sulfur (S) dalam besi tuang untuk membentuk eutektik lebur rendah (seperti Ni₃S₂), mengakibatkan retakan haba. Adalah perlu untuk memastikan sulfida permukaan disingkirkan semasa prarawatan bahagian besi tuang.
4. Senario kos dan aplikasi
| Dimensi | Serbuk berasaskan besi | Serbuk berasaskan nikel |
| Kos | Lebih rendah (kira-kira 1/3-1/2 serbuk berasaskan nikel), kos efektif | Tinggi (disebabkan harga logam Ni yang tinggi), tekanan kos yang tinggi |
| Senario yang berkenaan | 1. Keadaan kerja yang memerlukan rintangan haus yang tinggi dan rintangan kakisan sederhana (seperti rel panduan alat mesin dan pembaikan penggelek); 2. Pemulihan dimensi isipadu besar atau pengukuhan permukaan bahagian besi tuang yang berkos rendah; 3. Keperluan untuk lapisan pelapisan tebal (>2mm) (seperti pembaikan haus bahagian besi tuang yang besar). | 1. Keadaan kerja yang memerlukan rintangan kakisan dan rintangan haba yang tinggi (seperti peralatan kimia, injap suhu tinggi); 2. Senario yang memerlukan ketahanan dan rintangan hentaman yang sangat baik (seperti permukaan gigi gear, tukul penghancur); 3. Pelapisan ketepatan bahagian besi tuang berdinding nipis atau berbentuk kompleks (seperti acuan, bahagian hidraulik). |
Ringkasan
• Serbuk berasaskan besi lebih diutamakan: apabila kos rendah dan rintangan haus yang tinggi dikejar, dan keadaan kerja tidak memerlukan kakisan yang kuat atau suhu tinggi (seperti membaiki bahagian mekanikal biasa).
• Serbuk berasaskan nikel adalah lebih disukai: apabila rintangan kakisan, rintangan haba atau keliatan yang tinggi diperlukan, dan kos yang lebih tinggi boleh diterima (seperti pengukuhan bahagian besi tuang ketepatan di bawah keadaan kerja khas).
