Разница между порошками на основе железа и на основе никеля для лазерной наплавки.
При лазерной наплавке чугунных деталей выбор порошка на основе железа и порошка на основе никеля напрямую влияет на характеристики, сценарии применения и стоимость наплавляемого слоя. Основное различие между ними проявляется в составе, характеристиках, технологической адаптивности и сценариях применения, а именно:
1. Различия в ингредиентах
| Тип порошка | Основные ингредиенты | Типичные легирующие элементы |
| Порошок на основе железа | Исходя из содержания железа (обычно > 50%). | Часто содержит Cr, Ni, Mo, Si, B и т. д. (например, система Fe-Cr-Ni-Mo, система Fe-Si-B). |
| Порошок на основе никеля | Исходя из содержания никеля (обычно > 50%). | Часто содержит Cr, Mo, W, Co, Si, B и т. д. (например, система Ni-Cr-Mo, система Ni-Cr-B-Si). |
2. Сравнение основных показателей производительности
1) Механические свойства
Порошок на основе железа:
• Высокая твердость (HRC 30-60, при корректировке состава – высокое содержание хрома, молибдена может достигать HRC 50 и выше), хорошая износостойкость;
• Прочность близка к прочности чугунной матрицы (предел прочности на растяжение 500-1000 МПа), обладает лучшей металлургической совместимостью с чугуном, а прочность сцепления между облицовочным слоем и матрицей высока (обычно >300 МПа);
• Модели со средней хрупкостью и высокой твердостью могут обладать определенной чувствительностью к растрескиванию (процесс нанесения покрытия необходимо контролировать для снижения напряжений).
Порошок на основе никеля:
• Средняя твердость (HRC 20-45, низколегированный тип мягче, высокохромистый, вольфрамовый может достигать HRC 40-50), но отличная ударная вязкость, лучшая ударопрочность, чем у порошка на основе железа;
• Предел прочности на растяжение несколько ниже, чем у высоколегированного порошка на основе железа (400-800 МПа), но пластичность лучше (удлинение > 10%, тогда как у порошка на основе железа оно обычно
• Несколько меньшая прочность сцепления с чугуном (обычно 200-300 МПа), но низкая чувствительность к растрескиванию, нелегко образуются холодные трещины (благодаря ударной вязкости и низким напряжениям, характерным для никеля).
2) Коррозионная стойкость
Порошок на основе железа: средняя коррозионная стойкость. Обычный порошок на основе железа (с низким содержанием хрома) обладает хорошей устойчивостью к атмосферной и пресноводной коррозии, но склонен к образованию ржавчины в кислых и щелочных средах. Высокохромистый тип (содержание хрома > 12%) обладает улучшенной коррозионной стойкостью, но все еще уступает порошку на основе никеля.
Порошок на основе никеля: обладает превосходной коррозионной стойкостью, особенно в условиях высоких температур, влажности, кислотной и щелочной среды (например, органических кислот, слабых щелочей) (поскольку Ni и Cr образуют плотную оксидную пленку), подходит для агрессивных сред.
3) Термостойкость
Порошок на основе железа: обладает общей термостойкостью, длительная рабочая температура обычно
Порошок на основе никеля: обладает высокой термостойкостью, может стабильно работать в условиях высоких температур 600-1000℃ (например, порошок на основе никеля, содержащий элементы Cr и W, обладает отличной антиоксидантной защитой и устойчивостью к термической усталости).
4) Совместимость с чугунной матрицей
Порошок на основе железа: ближе к коэффициенту теплового расширения чугуна (на основе железа) (для порошка на основе железа он составляет около 11-14×10⁻⁶/℃, для чугуна — около 10-12×10⁻⁶/℃), низкое термическое напряжение при наплавке, не склонен к растрескиванию из-за разницы в тепловом расширении (особенно подходит для толстых слоев наплавки).
Порошок на основе никеля: коэффициент теплового расширения относительно высок (около 13-16×10⁻⁶/℃), что несколько отличается от чугуна. Легко растрескивается из-за термических напряжений при толстом наплавлении, которые необходимо снимать предварительным нагревом, медленным охлаждением или послойным наплавлением.
3. Различия в адаптивности процесса
Порошок на основе железа:
• Низкая чувствительность к мощности лазера, средняя текучесть расплавленной ванны, легкое формирование плоского плакирующего слоя;
• Содержит раскисляющие элементы, такие как Si и B, обладает высокой устойчивостью к примесям, таким как C и S, в чугуне (не склонен к образованию пор);
• Степень разбавления плакирующего слоя (доля основного металла, смешанного с плакирующим слоем) контролировать довольно сложно, обычно она составляет 10–20% (слишком высокое значение может снизить твердость).
Порошок на основе никеля:
• Высокая степень поглощения лазерного излучения, хорошая текучесть расплавленной ванны (особенно порошка на основе никеля, содержащего бор и кремний), легкость получения тонкого и однородного плакирующего слоя;
• Чувствительность к углероду в чугуне. Если матрица имеет высокое содержание углерода (например, серый чугун), легко образуются хрупкие фазы (например, сетчатые карбиды) из-за диффузии углерода в плакирующий слой. Необходимо строго контролировать параметры лазера (например, уменьшать мощность и увеличивать скорость сканирования), чтобы снизить степень разбавления (обычно требуется менее 10%);
• Легко вступает в реакцию с серой (S) в чугуне, образуя низкоплавкую эвтектику (например, Ni₃S₂), что приводит к термическим трещинам. Необходимо обеспечить удаление поверхностных сульфидов в процессе предварительной обработки чугунных деталей.
4. Стоимость и сценарии применения
| Размеры | Порошок на основе железа | Порошок на основе никеля |
| Расходы | Более низкое содержание никельсодержащих порошков (примерно в 3-2 раза меньше), экономически выгодное решение. | Высокое (из-за высокой цены на металлический никель), высокое ценовое давление |
| Применимые сценарии | 1. Условия эксплуатации, требующие высокой износостойкости и средней коррозионной стойкости (например, направляющие станков и ремонт роликов); 2. Недорогое, крупномасштабное восстановление размеров или упрочнение поверхности чугунных деталей; 3. Требования к толщине облицовочного слоя (>2 мм) (например, при ремонте износа крупных чугунных деталей). | 1. Условия эксплуатации, требующие высокой коррозионной стойкости и термостойкости (например, химическое оборудование, высокотемпературные клапаны); 2. Сценарии, требующие превосходной прочности и ударостойкости (например, поверхности зубьев шестерен, молотки дробилок); 3. Прецизионная наплавка тонкостенных или сложных по форме деталей из чугуна (например, пресс-форм, гидравлических деталей). |
Краткое содержание
• Порошок на основе железа предпочтителен в тех случаях, когда важны низкая стоимость и высокая износостойкость, а условия эксплуатации не требуют сильной коррозии или высоких температур (например, ремонт обычных механических деталей).
• Порошок на основе никеля предпочтителен в тех случаях, когда требуется коррозионная стойкость, термостойкость или высокая прочность, и при этом приемлемы более высокие затраты (например, для упрочнения прецизионных чугунных деталей в особых условиях эксплуатации).
