Kritická úloha morfológie prášku pri laserovom plátovaní
V procese laserového plátovania sú fyzikálne vlastnosti prášku rovnako dôležité ako jeho chemické zloženie. Pre úspešné metalurgické spojenie a rovnomernú vrstvu musí prášok vykazovať vynikajúcu tekutosť a konzistentnú distribúciu veľkosti častíc. Sférické prášky, typicky vyrábané pomocou plynovej atomizácie, sú výhodné, pretože minimalizujú vnútorné trenie v systéme podávača. To zaisťuje stabilný prietok hmoty do kúpeľa taveniny lasera, čím sa predchádza kolísaniu, ktoré môže viesť k nerovnomernej hrúbke alebo "perleniu" pokrytej dráhy. Keď sú častice nepravidelné alebo zubaté, majú tendenciu upchávať dodávacie dýzy a spôsobovať turbulencie v ochrannom plyne, čo v konečnom dôsledku spôsobuje poréznosť a znižuje celkovú hustotu ochranného povlaku.
Distribúcia veľkosti častíc (PSD) tiež zohráva rozhodujúcu úlohu pri absorpcii energie. Zvyčajne sú laserové prášky na pokrytie kategorizované v rozsahu od 45 do 150 mikrometrov. Jemnejšie častice sa môžu roztaviť príliš rýchlo alebo byť odfúknuté prúdom plynu predtým, ako dosiahnu substrát, zatiaľ čo príliš hrubé častice sa nemusia úplne roztopiť, čo vedie k „neroztaveným inklúziám“, ktoré pôsobia ako koncentrátory napätia. Dosiahnutie dokonalej rovnováhy v morfológii zaisťuje rovnomerné rozloženie laserovej energie, výsledkom čoho je hladká povrchová úprava, ktorá si vyžaduje minimálne následné opracovanie.
Systémy bežných zliatin a ich priemyselné aplikácie
Výber správnej chémie materiálu je prvým krokom pri prispôsobení komponentu špecifickým environmentálnym výzvam, ako je extrémne teplo, oter alebo chemické napadnutie. Laserové obkladové prášky sú vo všeobecnosti zoskupené do štyroch základných skupín: kompozity na báze železa, niklu, kobaltu a vystužené karbidom. Každý systém ponúka odlišné výhody v závislosti od kompatibility substrátu a požadovaných ukazovateľov výkonu finálnej časti.
| Kategória prášku | Kľúčové vlastnosti | Typická aplikácia |
| Na báze železa | Cenovo výhodné, dobrá odolnosť proti opotrebovaniu | Hydraulické valce, hriadele |
| Na báze niklu | Vynikajúca odolnosť voči korózii a teplu | Ventily, kotlové rúry, námorné diely |
| Na báze kobaltu (stellit) | Vysokoteplotná tvrdosť, odolnosť proti oderu | Lopatky turbín, ventily motora |
| Karbid volfrámu (WC) | Extrémna tvrdosť a ochrana proti erózii | Banské vrtáky, ropné a plynové náradie |
Prášky na báze železa pre hospodársku obnovu
Prášky na báze železa sú ťahúňmi renovačného priemyslu. Často sa používajú na obnovenie opotrebovaných rozmerov komponentov z uhlíkovej ocele. Pretože ich koeficienty tepelnej rozťažnosti sú podobné mnohým priemyselným oceliam, riziko delaminácie alebo praskania na rozhraní je výrazne nižšie v porovnaní s exotickými zliatinami. Tieto prášky sú často legované chrómom a kremíkom, aby poskytli základnú odolnosť proti oxidácii a zlepšenú tekutosť počas fázy tavenia.
Zliatiny niklu a kobaltu pre drsné prostredie
Pre komponenty pracujúce v agresívnom chemickom prostredí alebo pri teplotách nad 600 °C sú nevyhnutné prášky na báze niklu a kobaltu. Zliatiny na báze niklu ako Inconel 625 poskytujú robustnú bariéru proti jamkovej a štrbinovej korózii. Zliatiny na báze kobaltu, často označované ako materiály stellitového typu, si zachovávajú svoju tvrdosť aj pri červenom žiare, čo z nich robí priemyselný štandard pre komponenty leteckých turbín a vysokotlakové parné ventily.
Stratégie optimalizácie pre využitie prášku
Aby sa maximalizovala účinnosť laserového plátovania a znížilo sa plytvanie materiálom, operátori sa musia zamerať na „účinnosť zachytávania“ – pomer prášku úspešne začleneného do taveniny v porovnaní s celkovým rozprašovaným množstvom. Vysokokvalitné prášky v kombinácii s presným nastavením trysiek môžu výrazne znížiť „prestrekovanie“, ktoré vedie k zvýšeným nákladom. Okrem toho je skladovanie a manipulácia s týmito práškami kritické, aby sa zabránilo kontaminácii a absorpcii vlhkosti, čo môže viesť k vodíkovému skrehnutiu alebo plynovej pórovitosti v dokončenej plátovacej vrstve.
- Predhrievanie prášku alebo substrátu na zníženie tepelných gradientov a zabránenie praskaniu v materiáloch s vysokým obsahom uhlíka.
- Využitie špecializovaných „cermetových“ práškov (keramicko-kovových) na spojenie húževnatosti kovovej matrice s tvrdosťou keramických častíc.
- Pravidelná kalibrácia podávača prášku na zabezpečenie konštantnej rýchlosti podávania (g/min) pre opakovateľné výsledky vo veľkých dávkach.
- Realizácia vákuového sušenia práškov, ktoré boli vystavené vlhkosti, zabezpečujúce odstránenie defektov spôsobených parou.
Pochopením súhry medzi práškovou chémiou, morfológiou a laserovými parametrami môžu výrobcovia dosiahnuť vynikajúce povrchové vlastnosti, ktoré predlžujú životnosť kritickej infraštruktúry. Či už ide o aditívnu výrobu nových dielov alebo opravu drahých strojov, výber laserového povlakového prášku zostáva najvplyvnejším faktorom v odolnosti a kvalite konečného produktu.
