La differenza tra polvere a base di ferro e polvere a base di nichel per la placcatura laser
Nella placcatura laser di componenti in ghisa, la scelta tra polvere a base di ferro e polvere a base di nichel influisce direttamente sulle prestazioni, sugli scenari di applicazione e sul costo dello strato di placcatura. La differenza principale tra le due si riflette nella composizione, nelle prestazioni, nell'adattabilità del processo e negli scenari di applicazione, come segue:
1. Differenze negli ingredienti
| Tipo di polvere | Ingredienti principali | Elementi di lega tipici |
| polvere a base di ferro | Basato sul ferro (contenuto generalmente > 50%) | Spesso contiene Cr, Ni, Mo, Si, B, ecc. (come ad esempio il sistema Fe-Cr-Ni-Mo, il sistema Fe-Si-B) |
| Polvere a base di nichel | Basato su Ni (contenuto solitamente > 50%) | Spesso contiene Cr, Mo, W, Co, Si, B, ecc. (come ad esempio il sistema Ni-Cr-Mo, il sistema Ni-Cr-B-Si) |
2. Confronto delle prestazioni principali
1) Proprietà meccaniche
Polvere a base di ferro:
• Elevata durezza (HRC 30-60, con regolazione della composizione, i tipi ad alto contenuto di Cr e Mo possono raggiungere HRC 50 o superiore), buona resistenza all'usura;
• La resistenza è simile a quella della matrice in ghisa (resistenza alla trazione 500-1000 MPa), la compatibilità metallurgica è migliore con la ghisa e la forza di adesione tra lo strato di rivestimento e la matrice è elevata (di solito >300 MPa);
• I modelli a fragilità media e durezza elevata possono presentare una certa sensibilità alle cricche (il processo di rivestimento deve essere controllato per ridurre le sollecitazioni).
Polvere a base di nichel:
• Durezza media (HRC 20-45, il tipo a bassa lega è più morbido, il tipo ad alto contenuto di Cr e W può raggiungere HRC 40-50), ma eccellente tenacità, migliore resistenza all'impatto rispetto alle polveri a base di ferro;
• Resistenza alla trazione leggermente inferiore rispetto alle polveri a base di ferro ad alta lega (400-800 MPa), ma migliore plasticità (allungamento > 10%, le polveri a base di ferro hanno solitamente un allungamento
• Resistenza di adesione leggermente inferiore con la ghisa (solitamente 200-300 MPa), ma bassa sensibilità alle cricche, non facile formazione di cricche a freddo (grazie alla tenacità e alle basse caratteristiche di stress del nichel).
2) Resistenza alla corrosione
Polvere a base di ferro: media resistenza alla corrosione. La normale polvere a base di ferro (a basso contenuto di Cr) ha una buona resistenza alla corrosione atmosferica e in acqua dolce, ma tende ad arrugginire in ambienti acidi e alcalini. Il tipo ad alto contenuto di Cr (> 12%) ha una migliore resistenza alla corrosione, ma non ancora pari a quella della polvere a base di nichel.
Polvere a base di nichel: eccellente resistenza alla corrosione, soprattutto in ambienti ad alta temperatura, umidi, acidi e alcalini (come acidi organici, alcali deboli) (poiché Ni e Cr formano una pellicola di ossido densa), adatta a condizioni corrosive.
3) Resistenza al calore
Polvere a base di ferro: resistenza al calore generale, la temperatura di esercizio a lungo termine è solitamente
Polvere a base di nichel: elevata resistenza al calore, può funzionare stabilmente in ambienti ad alta temperatura di 600-1000℃ (come la polvere a base di nichel contenente elementi Cr e W, eccellente resistenza all'ossidazione e alla fatica termica).
4) Compatibilità con la matrice in ghisa
Polvere a base di ferro: coefficiente di dilatazione termica più vicino a quello della ghisa (a base di Fe) (la polvere a base di ferro ha un coefficiente di dilatazione termica di circa 11-14×10⁻⁶/℃, la ghisa di circa 10-12×10⁻⁶/℃), riduce le sollecitazioni termiche durante il rivestimento e non si crepa facilmente a causa della differenza di dilatazione termica (particolarmente adatta per strati di rivestimento spessi).
Polvere a base di nichel: il coefficiente di dilatazione termica è relativamente elevato (circa 13-16×10⁻⁶/℃), leggermente diverso da quello della ghisa. È soggetta a fessurazioni dovute a stress termico durante la deposizione di rivestimenti spessi, problema che può essere mitigato mediante preriscaldamento, raffreddamento lento o rivestimento a strati.
3. Differenze nell'adattabilità del processo
Polvere a base di ferro:
• Bassa sensibilità alla potenza del laser, fluidità media del bagno fuso, facile formazione di uno strato di rivestimento piatto;
• Contiene elementi disossidanti come Si e B, ha un'elevata tolleranza alle impurità come C e S nella ghisa (non tende a produrre pori);
• Il grado di diluizione dello strato di rivestimento (la proporzione di metallo base miscelato nello strato di rivestimento) è moderatamente difficile da controllare, solitamente si mantiene tra il 10% e il 20% (un valore troppo elevato può ridurre la durezza).
Polvere a base di nichel:
• Elevato tasso di assorbimento del laser, buona fluidità del bagno fuso (specialmente polveri a base di nichel contenenti B e Si), facile ottenere uno strato di rivestimento sottile e uniforme;
• Sensibile al carbonio nella ghisa. Se la matrice ha un alto contenuto di carbonio (come la ghisa grigia), è facile che si formino fasi fragili (come i carburi reticolati) a causa della diffusione del carbonio nello strato di rivestimento. È necessario controllare rigorosamente i parametri del laser (come la riduzione della potenza e l'aumento della velocità di scansione) per ridurre il tasso di diluizione (generalmente richiesto inferiore al 10%);
• Reagisce facilmente con lo zolfo (S) presente nella ghisa formando un eutettico a basso punto di fusione (come Ni₃S₂), con conseguente formazione di cricche termiche. È necessario assicurarsi che i solfuri superficiali vengano rimossi durante il pretrattamento dei componenti in ghisa.
4. Costi e scenari di applicazione
| Dimensioni | polvere a base di ferro | Polvere a base di nichel |
| Costo | Inferiore (circa 1/3-1/2 della polvere a base di nichel), conveniente | Elevata (a causa dell'alto prezzo del nichel metallico), elevata pressione sui costi |
| Scenari applicabili | 1. Condizioni di lavoro che richiedono elevata resistenza all'usura e media resistenza alla corrosione (come ad esempio la riparazione di guide e rulli per macchine utensili); 2. Ripristino dimensionale o rinforzo superficiale a basso costo e su larga scala di componenti in ghisa; 3. Requisiti per strati di rivestimento spessi (>2 mm) (come la riparazione dell'usura di grandi parti in ghisa). | 1. Condizioni di lavoro che richiedono elevata resistenza alla corrosione e al calore (come ad esempio apparecchiature chimiche, valvole ad alta temperatura); 2. Scenari che richiedono eccellente tenacità e resistenza agli urti (come le superfici dei denti degli ingranaggi, i martelli dei frantumatori); 3. Rivestimento di precisione di componenti in ghisa a parete sottile o di forma complessa (come stampi, componenti idraulici). |
Riepilogo
• Si preferisce utilizzare polveri a base di ferro quando si ricercano bassi costi e un'elevata resistenza all'usura, e le condizioni di lavoro non richiedono forte corrosione o alte temperature (come ad esempio nella riparazione di normali componenti meccanici).
• Si preferisce utilizzare polveri a base di nichel quando sono richieste resistenza alla corrosione, resistenza al calore o elevata tenacità e si accettano costi più elevati (ad esempio, per il rinforzo di componenti di precisione in ghisa in condizioni di lavoro particolari).
