Der Unterschied zwischen eisenbasiertem und nickelbasiertem Pulver für das Laserauftragschweißen

Bei der Laserauftragschweißung von Gusseisenteilen beeinflusst die Wahl zwischen eisenbasiertem und nickelbasiertem Pulver direkt die Leistung, die Anwendungsbereiche und die Kosten der Auftragsschicht. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Pulvern zeigt sich in Zusammensetzung, Leistung, Prozessanpassungsfähigkeit und Anwendungsbereichen wie folgt:

1. Unterschiede in den Zutaten

2. Vergleich der Kernleistung

1) Mechanische Eigenschaften

Eisenpulver:

• Hohe Härte (HRC 30-60, durch Anpassung der Zusammensetzung, z. B. durch Typen mit hohem Cr- und Mo-Gehalt, kann HRC 50 oder mehr erreichen), gute Verschleißfestigkeit;

• Die Festigkeit ist vergleichbar mit der von Gusseisen (Zugfestigkeit 500-1000 MPa), es besteht eine bessere metallurgische Kompatibilität mit Gusseisen, und die Bindungsfestigkeit zwischen der Plattierungsschicht und der Matrix ist hoch (in der Regel >300 MPa);

• Modelle mit mittlerer Sprödigkeit und hoher Härte können eine gewisse Rissempfindlichkeit aufweisen (der Beschichtungsprozess muss kontrolliert werden, um Spannungen zu reduzieren).

Pulver auf Nickelbasis:

• Mittlere Härte (HRC 20-45, niedriglegierte Typen sind weicher, hochchromhaltige Typen wie W können HRC 40-50 erreichen), aber ausgezeichnete Zähigkeit, bessere Schlagfestigkeit als eisenbasierte Pulver;

• Etwas geringere Zugfestigkeit als hochlegiertes Eisenpulver (400-800 MPa), aber bessere Plastizität (Dehnung > 10 %, bei Eisenpulver üblicherweise

• Etwas geringere Haftfestigkeit gegenüber Gusseisen (üblicherweise 200-300 MPa), aber geringe Rissempfindlichkeit, keine leichte Kaltrissbildung (aufgrund der Zähigkeit und der niedrigen Spannungseigenschaften von Nickel).

2) Korrosionsbeständigkeit

Eisenpulver: mittlere Korrosionsbeständigkeit. Gewöhnliches Eisenpulver (niedriger Chromgehalt) weist eine gute Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion und Süßwasserkorrosion auf, neigt jedoch in sauren und alkalischen Umgebungen zu Rost. Pulver mit hohem Chromgehalt (Cr > 12 %) bieten eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, die jedoch immer noch nicht an die von Nickelpulver heranreicht.

Nickelbasiertes Pulver: ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen, Feuchtigkeit, Säuren und Laugen (wie organischen Säuren, schwachen Laugen) (weil Ni und Cr einen dichten Oxidfilm bilden), geeignet für korrosive Bedingungen.

3) Hitzebeständigkeit

Eisenpulver: allgemeine Hitzebeständigkeit, Langzeit-Einsatztemperatur üblicherweise

Nickelbasiertes Pulver: hohe Hitzebeständigkeit, kann in einer Hochtemperaturumgebung von 600-1000℃ stabil eingesetzt werden (z. B. nickelbasiertes Pulver mit Cr- und W-Elementen, ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und Beständigkeit gegen thermische Ermüdung).

4) Kompatibilität mit der Gusseisenmatrix

Eisenbasiertes Pulver: liegt näher am Wärmeausdehnungskoeffizienten von Gusseisen (Fe-basiert) (Eisenbasiertes Pulver liegt bei etwa 11-14×10⁻⁶/℃, Gusseisen bei etwa 10-12×10⁻⁶/℃), geringe thermische Spannung beim Plattieren, nicht leicht zu reißen aufgrund von Unterschieden in der Wärmeausdehnung (besonders geeignet für dicke Plattierungsschichten).

Nickelbasiertes Pulver: Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist relativ hoch (ca. 13–16 × 10⁻⁶/℃) und unterscheidet sich damit geringfügig von dem von Gusseisen. Bei dicken Beschichtungen neigt es aufgrund von thermischen Spannungen zur Rissbildung. Dies lässt sich durch Vorwärmen, langsames Abkühlen oder mehrlagige Beschichtung vermeiden.

3. Unterschiede in der Prozessanpassungsfähigkeit

Eisenpulver:

• Geringe Empfindlichkeit gegenüber Laserleistung, mittlere Fließfähigkeit des Schmelzbades, einfache Bildung einer flachen Deckschicht;

• Enthält desoxidierende Elemente wie Si und B, weist eine hohe Toleranz gegenüber Verunreinigungen wie C und S in Gusseisen auf (führt nicht leicht zu Poren);

• Der Verdünnungsgrad der Plattierungsschicht (der Anteil des in die Plattierungsschicht eingemischten Grundmetalls) ist mäßig schwer zu kontrollieren und wird üblicherweise auf 10-20 % eingestellt (ein zu hoher Wert kann die Härte verringern).

Pulver auf Nickelbasis:

• Hohe Laserabsorptionsrate, gute Fließfähigkeit des Schmelzbades (insbesondere bei Nickelbasispulver mit B und Si), einfache Herstellung einer dünnen und gleichmäßigen Deckschicht;

• Empfindlich gegenüber Kohlenstoff in Gusseisen. Bei einem hohen Kohlenstoffgehalt der Matrix (wie z. B. Grauguss) bilden sich aufgrund der Diffusion von Kohlenstoff in die Beschichtungsschicht leicht spröde Phasen (wie z. B. Netzwerkkarbide). Um die Aufmischungsrate zu reduzieren (üblicherweise unter 10 %), müssen die Laserparameter streng kontrolliert werden (z. B. durch Reduzierung der Leistung und Erhöhung der Scangeschwindigkeit).

• Sulfide reagieren leicht mit Schwefel (S) im Gusseisen und bilden niedrigschmelzende Eutektika (wie z. B. Ni₃S₂), was zu thermischen Rissen führt. Daher ist es notwendig, die Oberflächensulfide bei der Vorbehandlung von Gusseisenteilen zu entfernen.

4. Kosten und Anwendungsszenarien

Zusammenfassung

• Eisenpulver ist vorzuziehen, wenn niedrige Kosten und hohe Verschleißfestigkeit angestrebt werden und die Arbeitsbedingungen keine starke Korrosion oder hohe Temperaturen erfordern (z. B. bei der Reparatur gewöhnlicher Maschinenteile).

• Nickelbasierte Pulver werden bevorzugt, wenn Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit oder hohe Zähigkeit erforderlich sind und höhere Kosten akzeptabel sind (z. B. bei der Verstärkung von Präzisionsgussteilen unter besonderen Arbeitsbedingungen).