Technologie laserového plátování , jakožto pokročilá metoda povrchového inženýrství a repase, využívá vysokoenergetický laserový paprsek k rychlému roztavení předem nanesených nebo synchronně dodaných práškových slitin, čímž se na povrchu substrátu vytvoří metalurgicky spojená plátovací vrstva. To výrazně zvyšuje odolnost proti opotřebení, korozi a odolnost obrobku při vysokých teplotách. V celém procesu laserového plátování má volba práškového materiálu přímý vliv na kvalitu plátování a aplikační vlastnosti. Tento článek systematicky shrnuje běžně používané práškové materiály pro laserové plátování , včetně samotavných slitinových prášků, kompozitních prášků, keramických prášků a dalších materiálů na bázi kovů, a analyzuje jejich klasifikaci, vlastnosti a použitelné scénáře, aby poskytl referenční informace pro výběr materiálu.

1. Samotavidlové slitinové prášky

Prášky samotavných slitin jsou nejvíce zkoumanými a široce používanými materiály pro laserové navařování . Patří mezi ně především slitiny na bázi železa, niklu a kobaltu. Tyto prášky obsahují prvky jako bor a křemík, které jim dodávají vynikající deoxidační a struskovací schopnosti, čímž účinně snižují oxidaci a pórovitost v plátovací vrstvě a zlepšují kvalitu procesu. V laserovém navařování jsou tyto prášky vysoce přizpůsobivé různým substrátům (jako je uhlíková ocel a nerezová ocel) a široce se používají k opravám a vylepšování průmyslových součástí.

1.1 Prášky samotavidlových slitin na bázi železa

Prášky na bázi železa jsou vhodné pro lokálně otěruvzdorné a snadno deformovatelné díly, obvykle vyrobené z litiny nebo nízkouhlíkové oceli. Hlavními výhodami jsou široký zdroj surovin, nízké náklady a dobrá odolnost proti opotřebení. Nevýhodami však patří vyšší bod tání a horší oxidační odolnost, což vede k možnému praskání a pórovitosti během laserového navařování . V posledních letech přidání prvků vzácných zemin do prášků na bázi železa výrazně zlepšilo jejich odolnost proti korozi a praskání, čímž se rozšířil jejich aplikační potenciál v laserovém navařování.

1.2 Prášky samotavidlových slitin na bázi niklu

Prášky na bázi niklu se široce používají v laserovém navařování díky své vynikající smáčivosti, odolnosti proti korozi a samomazným vlastnostem za vysokých teplot. V náročných podmínkách (jako je silný náraz nebo abrazivní opotřebení) se do prášku na bázi niklu často zavádějí tvrdé částice, jako jsou karbidy a nitridy, za vzniku kompozitních povlaků, což dále zvyšuje jejich výkon.

1.3 Prášky samotavidlových slitin na bázi kobaltu

Prášky na bázi kobaltu jsou známé pro svou vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, korozi a nárazům a běžně se používají ve špičkových průmyslových oblastech, jako je petrochemie a výroba energie. Během laserového navařování materiály na bázi kobaltu po roztavení rychle vytvářejí výztužnou fázi a s přidáním legujících prvků, jako je nikl a chrom, účinně potlačují tvorbu trhlin a zlepšují pevnost spoje mezi povlakem a substrátem.

2. Kompozitní prášky

Kompozitní prášky se obvykle vyrábějí smícháním nebo potahováním kovů (jako je nikl nebo kobalt) s keramickými částicemi s vysokým bodem tání (jako jsou karbidy a oxidy). Tyto prášky se používají při laserovém navařování k vytvoření keramicky vyztužených kovových kompozitních povlaků, které kombinují houževnatost kovů s odolností proti opotřebení a vlastnostmi keramiky při vysokých teplotách. Například prášky potažené karbidem wolframu nebo karbidem chromu mohou účinně zabránit degradaci a rozkladu keramických částic během laserového procesu, což výrazně zlepšuje výkon povlaku. Toto je jeden z nejžhavějších směrů výzkumu v technologii laserového navařování .

3. Keramické prášky

Keramické prášky, zejména oxidy (jako je oxid hlinitý, oxid zirkoničitý) a silicidy, se používají v laserovém plátování pro svou vynikající stabilitu za vysokých teplot, odolnost proti opotřebení a korozi, často v tepelně bariérových povlacích nebo ochranných vrstvách za zvláštních podmínek. Keramické a kovové substráty však vykazují značné rozdíly v koeficientech tepelné roztažnosti a modulech pružnosti, což vede k prasklinám a odlupování po laserovém plátování . Výzkumníci navrhli přechodové vrstvy nebo přidali složky, jako je CaO a SiO₂, aby zmírnili toto napětí, ale to zůstává v laserovém plátování hlavní výzvou.

4. Další obkladové materiály na bázi kovů

Kromě výše uvedených kategorií prokázaly jedinečnou hodnotu v oblasti laserového navařování také speciální kovové prášky, jako jsou materiály na bázi mědi, titanu, hliníku, hořčíku a zirkonia. Například:

Materiály na bázi mědi : Díky své dobré elektrické vodivosti a vlastnostem pro separaci kapalné fáze lze prášky na bázi mědi použít k vytváření samovyztužujících kompozitních povlaků.

Materiály na bázi titanu : Kompozitní prášky na bázi titanu používané v laserovém navařování, běžně používané ke zlepšení biokompatibility nebo odolnosti proti korozi, mohou výrazně zvýšit odolnost lékařských titanových slitin proti opotřebení.

Materiály na bázi hliníku a hořčíku : Tyto materiály se často používají k povrchové úpravě lehkých slitin. Laserové plátování prášky na bázi hliníku může účinně zlepšit tvrdost a odolnost hořčíkových slitin proti korozi.

Materiály na bázi zirkonia : Laserové plátování prášků na bázi zirkonia na titanových slitinách vytváří vysoce tvrdou, nekrystalickou vyztuženou vrstvu, díky čemuž jsou vhodné pro aplikace s vysokou pevností.

5. Shrnutí a výhled aplikace

Volba materiálů pro laserové navařování přímo ovlivňuje výkonnost vrstvy navařování a úspěšnost procesu. Různé práškové systémy se výrazně liší z hlediska nákladů, výkonu a přizpůsobivosti procesu, což vyžaduje pečlivý výběr na základě specifických potřeb aplikace. V současné době hraje technologie laserového navařování klíčovou roli při repasování dílů, zpevňování povrchů a opravách špičkových zařízení. Například oprava klíčových součástí, jako jsou válce, formy a hydraulické sloupy, může obnovit jejich výkon na více než 90 % specifikací původních dílů, přičemž náklady na jejich výměnu činí pouze asi pětinu, což výrazně zlepšuje životnost zařízení a provozní hospodárnost.

Materiály pro laserové navařování však dosud nejsou systematizovány ani standardizovány a návrh složení a predikce výkonu jsou stále ve fázi výzkumu. V budoucnu se očekává, že s neustálým vývojem materiálů a optimalizací procesů nahradí technologie laserového navařování tradiční procesy povlakování a překrytí ve více průmyslových aplikacích a stane se klíčovou technologií ve špičkové výrobě a zelené renovaci.