A diferença entre pó à base de ferro e pó à base de níquel para revestimento a laser

Na soldagem a laser de peças de ferro fundido, a escolha entre pó à base de ferro e pó à base de níquel afeta diretamente o desempenho, os cenários de aplicação e o custo da camada de revestimento. A principal diferença entre os dois se reflete na composição, no desempenho, na adaptabilidade ao processo e nos cenários de aplicação, conforme descrito a seguir:

1. Diferenças nos ingredientes

2. Comparação de desempenho principal

1) Propriedades mecânicas

Pó à base de ferro:

• Alta dureza (HRC 30-60, com ajuste de composição, tipos com alto teor de Cr e Mo podem atingir HRC 50 ou superior), boa resistência ao desgaste;

• A resistência é próxima à da matriz de ferro fundido (resistência à tração de 500 a 1000 MPa), melhor compatibilidade metalúrgica com o ferro fundido e a resistência de ligação entre a camada de revestimento e a matriz é alta (geralmente >300 MPa);

• Modelos com fragilidade média e alta dureza podem apresentar certa sensibilidade a fissuras (o processo de revestimento precisa ser controlado para reduzir a tensão).

Pó à base de níquel:

• Dureza média (HRC 20-45, o tipo de baixa liga é mais macio, o tipo com alto teor de Cr e W pode atingir HRC 40-50), mas excelente tenacidade, melhor resistência ao impacto do que o pó à base de ferro;

• Apresenta resistência à tração ligeiramente inferior à do pó de ferro de alta liga (400-800 MPa), mas melhor plasticidade (alongamento > 10%, enquanto o pó de ferro geralmente é

• Apresenta uma resistência de ligação ligeiramente inferior com o ferro fundido (normalmente entre 200 e 300 MPa), mas baixa sensibilidade a fissuras, não sendo fácil a ocorrência de fissuras a frio (devido à tenacidade e às características de baixa tensão do níquel).

2) Resistência à corrosão

Pó à base de ferro: resistência média à corrosão. O pó comum à base de ferro (baixo teor de Cr) apresenta boa resistência à corrosão atmosférica e em água doce, mas é propenso à ferrugem em ambientes ácidos e alcalinos. O tipo com alto teor de Cr (teor de Cr > 12%) apresenta resistência à corrosão melhorada, mas ainda não tão boa quanto a do pó à base de níquel.

Pó à base de níquel: excelente resistência à corrosão, especialmente em ambientes de alta temperatura, úmidos, ácidos e alcalinos (como ácidos orgânicos e álcalis fracos) (porque o Ni e o Cr formam uma película de óxido densa), adequado para condições corrosivas.

3) Resistência ao calor

Pó à base de ferro: resistência geral ao calor, temperatura de trabalho a longo prazo normalmente inferior a 500 °C (oxida facilmente e a resistência diminui em altas temperaturas).

Pó à base de níquel: forte resistência ao calor, pode funcionar de forma estável em ambientes de alta temperatura de 600 a 1000 °C (como o pó à base de níquel contendo elementos Cr e W, excelente resistência à oxidação e à fadiga térmica).

4) Compatibilidade com matriz de ferro fundido

Pó à base de ferro: possui coeficiente de expansão térmica mais próximo ao do ferro fundido (à base de Fe) (o pó à base de ferro tem um coeficiente de cerca de 11-14×10⁻⁶/℃, enquanto o ferro fundido tem um coeficiente de cerca de 10-12×10⁻⁶/℃), resultando em menor tensão térmica durante o revestimento e menor propensão a rachaduras devido à diferença de expansão térmica (especialmente adequado para camadas de revestimento espessas).

Pó à base de níquel: O coeficiente de expansão térmica é relativamente alto (cerca de 13-16×10⁻⁶/℃), ligeiramente diferente do ferro fundido. É propenso a fissuras devido à tensão térmica durante a deposição de revestimento espesso, o que precisa ser atenuado por pré-aquecimento, resfriamento lento ou revestimento em camadas.

3. Diferenças na adaptabilidade do processo

Pó à base de ferro:

• Baixa sensibilidade à potência do laser, fluidez média da poça de fusão, fácil de formar uma camada de revestimento plana;

• Contém elementos desoxidantes como Si e B, possui alta tolerância a impurezas como C e S no ferro fundido (não produz poros facilmente);

• A taxa de diluição da camada de revestimento (a proporção de metal base misturada na camada de revestimento) é moderadamente difícil de controlar, geralmente controlada entre 10% e 20% (valores muito altos podem reduzir a dureza).

Pó à base de níquel:

• Alta taxa de absorção do laser, boa fluidez da poça de fusão (especialmente pó à base de níquel contendo B e Si), facilitando a obtenção de uma camada de revestimento fina e uniforme;

• Sensibilidade ao carbono no ferro fundido. Se a matriz tiver um alto teor de carbono (como o ferro fundido cinzento), é fácil formar fases frágeis (como carbonetos em rede) devido à difusão do carbono na camada de revestimento. É necessário controlar rigorosamente os parâmetros do laser (como reduzir a potência e aumentar a velocidade de varredura) para reduzir a taxa de diluição (geralmente requerida em menos de 10%).

• Reage facilmente com o enxofre (S) no ferro fundido, formando um eutético de baixo ponto de fusão (como o Ni₃S₂), o que resulta em fissuras térmicas. É necessário garantir a remoção dos sulfetos superficiais durante o pré-tratamento das peças de ferro fundido.

4. Custos e cenários de aplicação

Resumo

• O pó à base de ferro é preferido quando se busca baixo custo e alta resistência ao desgaste, e as condições de trabalho não exigem forte corrosão ou alta temperatura (como no reparo de peças mecânicas comuns).

• O pó à base de níquel é preferido quando se exige resistência à corrosão, resistência ao calor ou alta tenacidade, e custos mais elevados são aceitáveis ​​(como no reforço de peças de ferro fundido de precisão sob condições especiais de trabalho).