Kritická role práškové morfologie v laserovém plátování
V procesu laserového plátování jsou fyzikální vlastnosti prášku stejně důležité jako jeho chemické složení. Pro úspěšné metalurgické spojení a stejnoměrnou vrstvu musí prášek vykazovat vynikající tekutost a konzistentní distribuci velikosti částic. Sférické prášky, typicky produkované atomizací plynu, jsou výhodné, protože minimalizují vnitřní tření uvnitř dávkovacího systému. To zajišťuje stálý průtok hmoty do lázně taveniny laseru, čímž se zabrání kolísání, které může vést k nerovnoměrné tloušťce nebo "proužkování" plátované dráhy. Když jsou částice nepravidelné nebo zubaté, mají tendenci ucpávat výtlačné trysky a způsobovat turbulence v ochranném plynu, což nakonec zavádí poréznost a snižuje celkovou hustotu ochranného povlaku.
Distribuce velikosti částic (PSD) také hraje rozhodující roli při absorpci energie. Obvykle jsou laserové povlakové prášky kategorizovány v rozmezí 45 až 150 mikrometrů. Jemnější částice se mohou roztavit příliš rychle nebo být odfouknuty proudem plynu, než se dostanou k substrátu, zatímco příliš hrubé částice se nemusí úplně roztavit, což vede k „neroztaveným vměstkům“, které působí jako koncentrátory napětí. Dosažení dokonalé rovnováhy v morfologii zajišťuje, že energie laseru je distribuována rovnoměrně, výsledkem je hladká povrchová úprava, která vyžaduje minimální následné obrábění.
Systémy z běžných slitin a jejich průmyslové aplikace
Výběr správného chemického složení materiálu je prvním krokem k přizpůsobení součásti konkrétním environmentálním problémům, jako je extrémní teplo, abraze nebo chemické napadení. Laserové obkladové prášky jsou obecně seskupeny do čtyř základních skupin: kompozity na bázi železa, niklu, kobaltu a karbidy. Každý systém nabízí odlišné výhody v závislosti na kompatibilitě substrátu a požadovaných výkonnostních metrikách konečného dílu.
| Kategorie prášku | Klíčové vlastnosti | Typická aplikace |
| Na bázi železa | Cenově výhodné, dobrá odolnost proti opotřebení | Hydraulické válce, hřídele |
| Na bázi niklu | Vynikající odolnost proti korozi a teplu | Ventily, kotlové trubky, námořní díly |
| Na bázi kobaltu (stelitu) | Vysokoteplotní tvrdost, odolnost proti oděru | Lopatky turbín, ventily motoru |
| Karbid wolframu (WC) | Extrémní tvrdost a ochrana proti erozi | Důlní vrtačky, ropné a plynové nářadí |
Prášky na bázi železa pro hospodářskou obnovu
Prášky na bázi železa jsou tahouny renovačního průmyslu. Často se používají k obnovení opotřebovaných rozměrů součástí z uhlíkové oceli. Protože jejich koeficienty tepelné roztažnosti jsou podobné jako u mnoha průmyslových ocelí, je riziko delaminace nebo praskání na rozhraní výrazně nižší ve srovnání s exotickými slitinami. Tyto prášky jsou často legovány chromem a křemíkem, aby poskytovaly základní odolnost proti oxidaci a zlepšenou tekutost během fáze tavení.
Slitiny niklu a kobaltu pro drsná prostředí
Pro součásti pracující v agresivním chemickém prostředí nebo při teplotách přesahujících 600 °C jsou nezbytné prášky na bázi niklu a kobaltu. Slitiny na bázi niklu jako Inconel 625 poskytují robustní bariéru proti důlkové a štěrbinové korozi. Slitiny na bázi kobaltu, často označované jako materiály stellitového typu, si udržují svou tvrdost i při červeném žáru, což z nich činí průmyslový standard pro součásti leteckých turbín a vysokotlaké parní ventily.
Strategie optimalizace pro využití prášku
Aby se maximalizovala účinnost laserového plátování a snížilo se plýtvání materiálem, musí se operátoři zaměřit na „účinnost zachycování“ – poměr prášku úspěšně začleněného do lázně taveniny k celkovému nastříkanému množství. Vysoce kvalitní prášky v kombinaci s přesným vyrovnáním trysek mohou výrazně snížit „přestřik“, který vede ke zvýšeným nákladům. Kromě toho je skladování a manipulace s těmito prášky kritické, aby se zabránilo kontaminaci a absorpci vlhkosti, což může vést k vodíkové křehkosti nebo plynové poréznosti v hotové plátované vrstvě.
- Předehřívání prášku nebo substrátu ke snížení teplotních gradientů a zabránění praskání u materiálů s vysokým obsahem uhlíku.
- Využití specializovaných „cermetových“ prášků (keramicko-kovových) ke spojení houževnatosti kovové matrice s tvrdostí keramických částic.
- Pravidelná kalibrace podavače prášku pro zajištění konstantní rychlosti podávání (g/min) pro opakovatelné výsledky ve velkých sériích.
- Provádění vakuového sušení prášků, které byly vystaveny vlhkosti, zajišťující odstranění vad způsobených párou.
Pochopením souhry mezi práškovou chemií, morfologií a parametry laseru mohou výrobci dosáhnout vynikajících povrchových vlastností, které prodlužují životnost kritické infrastruktury. Ať už se jedná o aditivní výrobu nových dílů nebo opravy drahých strojů, výběr laserového lakovacího prášku zůstává nejvlivnějším faktorem životnosti a kvality konečného produktu.
