Kritična uloga morfologije praha u laserskom oblaganju
U procesu laserskog oblaganja, fizičke karakteristike praha jednako su bitne kao i njegov kemijski sastav. Za uspješnu metaluršku vezu i jednoličan sloj, prah mora pokazivati izvrsnu tečnost i dosljednu raspodjelu veličine čestica. Poželjni su sferični praškovi, koji se obično proizvode raspršivanjem plina, jer minimaliziraju unutarnje trenje unutar sustava za punjenje. Ovo osigurava stabilan protok mase u bazenu laserske taline, sprječavajući fluktuacije koje mogu dovesti do nejednake debljine ili "zrna" obložene trake. Kada su čestice nepravilne ili nazubljene, imaju tendenciju začepiti mlaznice za isporuku i izazvati turbulenciju u zaštitnom plinu, što u konačnici dovodi do poroznosti i smanjuje ukupnu gustoću zaštitnog premaza.
Raspodjela veličine čestica (PSD) također igra odlučujuću ulogu u apsorpciji energije. Obično se prašci za lasersko oblaganje kategoriziraju unutar raspona od 45 do 150 mikrometara. Finije čestice se mogu rastopiti prebrzo ili ih struja plina otpuhati prije nego što dođu do podloge, dok se previše grube čestice možda neće potpuno otopiti, što dovodi do "neotopljenih inkluzija" koje djeluju kao koncentratori naprezanja. Postizanje savršene ravnoteže u morfologiji osigurava da se laserska energija ravnomjerno raspoređuje, što rezultira glatkom završnom obradom koja zahtijeva minimalnu obradu nakon obrade.
Uobičajeni sustavi legura i njihova industrijska primjena
Odabir odgovarajućeg kemijskog sastava materijala prvi je korak u prilagođavanju komponente specifičnim izazovima okoliša kao što su ekstremna toplina, abrazija ili kemijski napad. Puderi za lasersko oblaganje općenito se grupiraju u četiri primarne obitelji: kompoziti na bazi željeza, na bazi nikla, na bazi kobalta i kompoziti ojačani karbidom. Svaki sustav nudi različite prednosti ovisno o kompatibilnosti supstrata i željenoj metrici performansi završnog dijela.
| Kategorija praha | Ključne karakteristike | Tipična primjena |
| Na bazi željeza | Isplativo, dobra otpornost na habanje | Hidraulički cilindri, osovine |
| Na bazi nikla | Izvrsna otpornost na koroziju i toplinu | Ventili, kotlovske cijevi, brodski dijelovi |
| Na bazi kobalta (stelit) | Tvrdoća na visoke temperature, otpornost na habanje | Lopatice turbine, ventili motora |
| Volfram karbid (WC) | Ekstremna tvrdoća i zaštita od erozije | Rudarske bušilice, alati za naftu i plin |
Prašci na bazi željeza za ekonomičnu obnovu
Prahovi na bazi željeza su radni konji industrije prerade. Često se koriste za obnavljanje istrošenih dimenzija na komponentama od ugljičnog čelika. Budući da su njihovi koeficijenti toplinskog širenja slični mnogim industrijskim čelicima, rizik od raslojavanja ili pucanja na međusklopu znatno je manji u usporedbi s egzotičnim legurama. Ovi prahovi često su legirani s kromom i silicijem kako bi pružili osnovnu otpornost na oksidaciju i poboljšanu fluidnost tijekom faze taljenja.
Legure nikla i kobalta za teške uvjete rada
Za komponente koje rade u agresivnim kemijskim okruženjima ili na temperaturama višim od 600°C, praškovi na bazi nikla i kobalta su neophodni. Legure na bazi nikla poput Inconela 625 pružaju robusnu barijeru protiv rupičaste i pukotinske korozije. Legure na bazi kobalta, koje se često nazivaju materijalima tipa Stellite, zadržavaju svoju tvrdoću čak i pri crvenoj vrućini, što ih čini industrijskim standardom za komponente zrakoplovnih turbina i visokotlačne parne ventile.
Strategije optimizacije za korištenje praha
Kako bi se maksimizirala učinkovitost laserskog oblaganja i smanjio materijalni otpad, operateri se moraju usredotočiti na "učinkovitost prikupljanja"—omjer praha koji je uspješno ugrađen u bazen taline u odnosu na ukupnu raspršenu količinu. Puderi visoke kvalitete u kombinaciji s preciznim poravnanjem mlaznica mogu značajno smanjiti "pretjerano raspršivanje" koje dovodi do povećanja troškova. Nadalje, skladištenje i rukovanje ovim prahom od ključne je važnosti za sprječavanje kontaminacije i apsorpcije vlage, što može dovesti do vodikove krtosti ili plinske poroznosti u gotovom obloženom sloju.
- Prethodno zagrijavanje praha ili podloge kako bi se smanjili toplinski gradijenti i spriječilo pucanje materijala s visokim udjelom ugljika.
- Korištenje specijaliziranih "kermet" prahova (keramika-metalik) za kombiniranje žilavosti metalne matrice s tvrdoćom keramičkih čestica.
- Redovita kalibracija dodavača praha kako bi se osigurala konstantna brzina dodavanja (g/min) za ponovljive rezultate u velikim serijama.
- Implementacija vakuumskog sušenja za prahove koji su bili izloženi vlazi, osiguravajući eliminaciju nedostataka izazvanih parom.
Razumijevanjem međudjelovanja između kemije praha, morfologije i laserskih parametara, proizvođači mogu postići vrhunska površinska svojstva koja produljuju životni vijek kritične infrastrukture. Bilo da se radi o aditivnoj proizvodnji novih dijelova ili popravku skupih strojeva, izbor praha za lasersko oblaganje ostaje najutjecajniji čimbenik u trajnosti i kvaliteti konačnog proizvoda.
