Vai trò quan trọng của hình thái học bột trong lớp phủ laser
Trong quá trình phủ laze, các đặc tính vật lý của bột cũng quan trọng như thành phần hóa học của nó. Để có liên kết luyện kim thành công và lớp đồng nhất, bột phải thể hiện khả năng chảy tuyệt vời và phân bổ kích thước hạt nhất quán. Bột hình cầu, thường được sản xuất thông qua quá trình nguyên tử hóa khí, được ưa chuộng hơn vì chúng giảm thiểu ma sát bên trong hệ thống cấp liệu. Điều này đảm bảo tốc độ dòng chảy ổn định vào bể nấu chảy laser, ngăn chặn các biến động có thể dẫn đến độ dày không đồng đều hoặc "kết hạt" của rãnh phủ. Khi các hạt không đều hoặc lởm chởm, chúng có xu hướng làm tắc các vòi phân phối và gây ra sự nhiễu loạn trong khí bảo vệ, cuối cùng tạo ra độ xốp và làm giảm mật độ tổng thể của lớp phủ bảo vệ.
Phân bố kích thước hạt (PSD) cũng đóng vai trò quyết định trong việc hấp thụ năng lượng. Thông thường, bột phủ laser được phân loại trong phạm vi từ 45 đến 150 micromet. Các hạt mịn hơn có thể tan chảy quá nhanh hoặc bị dòng khí thổi bay trước khi chạm tới chất nền, trong khi các hạt quá thô có thể không tan chảy hoàn toàn, dẫn đến "các tạp chất không tan chảy" hoạt động như chất tập trung ứng suất. Việc đạt được sự cân bằng hoàn hảo về hình thái đảm bảo rằng năng lượng laser được phân bổ đồng đều, mang lại bề mặt mịn màng, yêu cầu gia công sau xử lý ở mức tối thiểu.
Các hệ thống hợp kim phổ biến và ứng dụng công nghiệp của chúng
Lựa chọn hóa chất vật liệu phù hợp là bước đầu tiên trong việc điều chỉnh một bộ phận cho những thách thức môi trường cụ thể như nhiệt độ cực cao, mài mòn hoặc tấn công hóa học. Bột phủ laze thường được nhóm thành bốn họ chính: vật liệu tổng hợp dựa trên sắt, dựa trên niken, dựa trên coban và gia cố bằng cacbua. Mỗi hệ thống cung cấp những lợi thế riêng biệt tùy thuộc vào khả năng tương thích của chất nền và số liệu hiệu suất mong muốn của phần cuối cùng.
| Danh mục bột | Đặc điểm chính | Ứng dụng điển hình |
| Dựa trên sắt | Tiết kiệm chi phí, chống mài mòn tốt | Xi lanh, trục thủy lực |
| Dựa trên niken | Chống ăn mòn và chịu nhiệt tuyệt vời | Van, ống nồi hơi, bộ phận hàng hải |
| Dựa trên coban (Vệ tinh) | Độ cứng ở nhiệt độ cao, chống ăn mòn | Cánh tuabin, van động cơ |
| Cacbua vonfram (WC) | Độ cứng cực cao và chống xói mòn | Máy khoan khai thác mỏ, dụng cụ dầu khí |
Bột gốc sắt để phục hồi kinh tế
Bột làm từ sắt là vật liệu đặc biệt của ngành tái sản xuất. Chúng thường được sử dụng để khôi phục kích thước bị mòn trên các bộ phận bằng thép cacbon. Do hệ số giãn nở nhiệt của chúng tương tự như nhiều loại thép công nghiệp nên nguy cơ bong tróc hoặc nứt ở bề mặt tiếp xúc thấp hơn đáng kể so với các hợp kim ngoại lai. Những loại bột này thường được hợp kim với crom và silicon để mang lại khả năng chống oxy hóa cơ bản và cải thiện tính lưu động trong giai đoạn nóng chảy.
Hợp kim niken và coban cho môi trường khắc nghiệt
Đối với các bộ phận hoạt động trong môi trường hóa chất mạnh hoặc ở nhiệt độ trên 600°C, bột gốc niken và coban là rất cần thiết. Các hợp kim gốc niken như Inconel 625 cung cấp một rào cản chắc chắn chống lại sự ăn mòn rỗ và kẽ hở. Hợp kim gốc coban, thường được gọi là vật liệu loại Stellite, duy trì độ cứng ngay cả ở nhiệt độ đỏ, khiến chúng trở thành tiêu chuẩn công nghiệp cho các bộ phận tuabin hàng không vũ trụ và van hơi áp suất cao.
Chiến lược tối ưu hóa việc sử dụng bột
Để tối đa hóa hiệu quả của lớp phủ laze và giảm lãng phí vật liệu, người vận hành phải tập trung vào “hiệu suất lưu vực”—tỷ lệ bột được đưa vào bể tan chảy thành công so với tổng lượng được phun. Bột chất lượng cao kết hợp với việc căn chỉnh vòi phun chính xác có thể làm giảm đáng kể tình trạng "phun quá mức" dẫn đến tăng chi phí. Hơn nữa, việc lưu trữ và xử lý các loại bột này là rất quan trọng để ngăn ngừa ô nhiễm và hấp thụ độ ẩm, có thể dẫn đến hiện tượng giòn do hydro hoặc độ xốp của khí trong lớp phủ hoàn thiện.
- Làm nóng trước bột hoặc chất nền để giảm độ dốc nhiệt và ngăn ngừa nứt ở vật liệu có hàm lượng carbon cao.
- Sử dụng bột “gốm kim loại” chuyên dụng (gốm-kim loại) để kết hợp độ dẻo dai của nền kim loại với độ cứng của hạt gốm.
- Hiệu chuẩn thường xuyên máy cấp bột để đảm bảo tốc độ cấp bột không đổi (g/phút) cho kết quả lặp lại trên các lô lớn.
- Thực hiện sấy chân không đối với các loại bột đã tiếp xúc với độ ẩm, đảm bảo loại bỏ các khuyết tật do hơi nước gây ra.
Bằng cách hiểu được sự tương tác giữa hóa học bột, hình thái và các thông số laser, các nhà sản xuất có thể đạt được các đặc tính bề mặt vượt trội giúp kéo dài tuổi thọ của cơ sở hạ tầng quan trọng. Dù là dành cho sản xuất bồi đắp các bộ phận mới hay sửa chữa máy móc đắt tiền, việc lựa chọn bột phủ laser vẫn là yếu tố ảnh hưởng nhất đến độ bền và chất lượng của sản phẩm cuối cùng.
