De cruciale rol van poedermorfologie bij lasercladding
Bij het lasercladden zijn de fysieke eigenschappen van het poeder net zo belangrijk als de chemische samenstelling ervan. Voor een succesvolle metallurgische binding en een uniforme laag moet het poeder een uitstekende stroombaarheid en een consistente deeltjesgrootteverdeling vertonen. Bolvormige poeders, doorgaans geproduceerd door middel van gasverneveling, hebben de voorkeur omdat ze de interne wrijving binnen het toevoersysteem minimaliseren. Dit zorgt voor een constante massastroom in het lasersmeltbad, waardoor fluctuaties worden voorkomen die kunnen leiden tot ongelijkmatige dikte of "parelvorming" van het beklede spoor. Wanneer deeltjes onregelmatig of gekarteld zijn, hebben ze de neiging de aflevermondstukken te verstoppen en turbulentie in het beschermgas te veroorzaken, wat uiteindelijk porositeit introduceert en de algehele dichtheid van de beschermende coating vermindert.
Deeltjesgrootteverdeling (PSD) speelt ook een beslissende rol bij de energieabsorptie. Meestal worden lasercladpoeders gecategoriseerd binnen een bereik van 45 tot 150 micrometer. Fijnere deeltjes kunnen te snel smelten of door de gasstroom worden weggeblazen voordat ze het substraat bereiken, terwijl te grove deeltjes mogelijk niet volledig smelten, wat leidt tot "niet-gesmolten insluitsels" die fungeren als spanningsconcentratoren. Het bereiken van de perfecte balans in de morfologie zorgt ervoor dat de laserenergie gelijkmatig wordt verdeeld, wat resulteert in een gladde oppervlakteafwerking die minimale nabewerking vereist.
Gemeenschappelijke legeringssystemen en hun industriële toepassingen
Het selecteren van de juiste materiaalchemie is de eerste stap bij het afstemmen van een component op specifieke milieu-uitdagingen zoals extreme hitte, slijtage of chemische aantasting. Lasercladpoeders worden over het algemeen gegroepeerd in vier primaire families: op ijzer gebaseerde, op nikkel gebaseerde, op kobalt gebaseerde en met carbide versterkte composieten. Elk systeem biedt duidelijke voordelen, afhankelijk van de substraatcompatibiliteit en de gewenste prestatiegegevens van het uiteindelijke onderdeel.
| Poedercategorie | Belangrijkste kenmerken | Typische toepassing |
| Op ijzer gebaseerd | Kosteneffectief, goede slijtvastheid | Hydraulische cilinders, assen |
| Op nikkel gebaseerd | Uitstekende corrosie- en hittebestendigheid | Kleppen, ketelbuizen, scheepsonderdelen |
| Op kobalt gebaseerd (stelliet) | Hardheid bij hoge temperaturen, weerstand tegen vreten | Turbinebladen, motorkleppen |
| Wolfraamcarbide (WC) | Extreme hardheid en erosiebescherming | Mijnbouwoefeningen, olie- en gasgereedschap |
Op ijzer gebaseerde poeders voor economisch herstel
Poeders op ijzerbasis zijn de werkpaarden van de revisie-industrie. Ze worden vaak gebruikt om versleten afmetingen van koolstofstalen componenten te herstellen. Omdat hun thermische uitzettingscoëfficiënten vergelijkbaar zijn met die van veel industriële staalsoorten, is het risico op delaminatie of barsten aan het grensvlak aanzienlijk lager in vergelijking met exotische legeringen. Deze poeders zijn vaak gelegeerd met chroom en silicium om basisoxidatieweerstand en verbeterde vloeibaarheid tijdens de smeltfase te bieden.
Nikkel- en kobaltlegeringen voor zware omstandigheden
Voor componenten die in agressieve chemische omgevingen of bij temperaturen boven de 600°C werken, zijn poeders op nikkel- en kobaltbasis essentieel. Legeringen op nikkelbasis zoals Inconel 625 vormen een robuuste barrière tegen putcorrosie en spleetcorrosie. Op kobalt gebaseerde legeringen, vaak Stelliet-type materialen genoemd, behouden hun hardheid zelfs bij rode hitte, waardoor ze de industriestandaard zijn voor lucht- en ruimtevaartturbinecomponenten en hogedrukstoomkleppen.
Optimalisatiestrategieën voor poedergebruik
Om de efficiëntie van lasercladding te maximaliseren en materiaalverspilling te verminderen, moeten operators zich concentreren op de "stroomgebiedefficiëntie": de verhouding tussen het poeder dat met succes in het smeltbad wordt opgenomen en de totale hoeveelheid die wordt gespoten. Hoogwaardige poeders in combinatie met nauwkeurige uitlijning van de spuitmonden kunnen de "overspray" die tot hogere kosten leidt, aanzienlijk verminderen. Bovendien zijn de opslag en hantering van deze poeders van cruciaal belang om verontreiniging en vochtopname te voorkomen, wat kan leiden tot waterstofverbrossing of gasporositeit in de voltooide bekledingslaag.
- Het poeder of substraat voorverwarmen om thermische gradiënten te verminderen en scheuren in materialen met een hoog koolstofgehalte te voorkomen.
- Gebruikmakend van gespecialiseerde "cermet" poeders (keramisch-metaalachtig) om de taaiheid van een metaalmatrix te combineren met de hardheid van keramische deeltjes.
- Regelmatige kalibratie van de poedertoevoer om een constante voedingssnelheid (g/min) te garanderen voor herhaalbare resultaten voor grote batches.
- Implementatie van vacuümdrogen voor poeders die zijn blootgesteld aan vocht, waardoor door stoom veroorzaakte defecten worden geëlimineerd.
Door het samenspel tussen poederchemie, morfologie en laserparameters te begrijpen, kunnen fabrikanten superieure oppervlakte-eigenschappen bereiken die de levensduur van kritieke infrastructuur verlengen. Of het nu gaat om de additieve productie van nieuwe onderdelen of de reparatie van dure machines, de keuze voor lasercladpoeder blijft de meest invloedrijke factor in de duurzaamheid en kwaliteit van het eindproduct.
