ニッケル系粉体塗料のレーザークラッディングに関する研究
はじめに
レーザークラッディング は、レーザー技術を使用して基材の表面を被覆し、必要な特性を得ることである。レーザクラッディングの合金系には、主に鉄基合金、ニッケル基合金、コバルト基合金、サーメットがあります。鉄基合金粉末のレーザークラッディングは、部分的に磨耗し、変形しやすい部品に適しています。鉄基合金コーティングの基材は、主に鋳鉄と低炭素鋼である。ニッケル基合金コーティングは、部分的な耐摩耗性、耐熱腐食性、耐熱疲労性を必要とする部品に適しており、必要なレーザー出力密度は鉄基合金のクラッディングよりもわずかに高い。コバルト基合金コーティングは、耐摩耗性、耐食性、耐熱疲労性が必要な部品に適している。セラミックコーティングは、高温での強度が高く、熱安定性が良好で、化学的安定性が高く、マトリックス材料の範囲が広い。本稿では、レーザークラッディングに使用されるニッケルベースの自己融着性合金粉末材料について議論する。
材料と方法
について ニッケル基自溶合金粉 本実験で使用した粉末は、ガスアトマイジングによって調製され、製錬されたものである。粉末の組成設計と製錬原料の配合設計で考慮すべき主な 要因は、粉末の性能とレーザークラッディングプロ セスの両方において、粉末は融点と酸素含有量が低 くなければならない。被覆の割れを避けるため、被覆層と基材はできるだけ一致させる、つまり被覆と基材の熱膨張係数をできるだけ近づける。粉末の濡れ性と反応は良好でなければならない。
上記の要因に基づき、材料組成設計と溶射溶接プロセス性能試験を繰り返し、以下のニッケル基自己融着性合金粉末を得た。 BNi-3 (AMS4778)の粒径45-105μmをレーザークラッド材として選択した。 表1.レーザクラッディングの母材は中炭素鋼です。クラッド層の厚さは0.6mmです。
図1 は、レーザークラッド材料として選択されたBNi-3の粒子形態を示す。粉末粒子が球状であることがわかる。粉末が球状であることで、粉末の流動性が良くなり、粉末供給装置から粉末が粉末ノズルを塞ぐことなく、均一かつスムーズに加工物の表面に到達することができる。粉体の形状が複雑だと流動性が悪く、粉体の脈動輸送を引き起こしやすくなります。また、粉末の表面積が大きくなると、高温で加熱したときに粉末が酸化し、肉盛層の品質に影響を与える。
プロセステストによると、ニッケルはパウダーに良好なクラッディングプロセス性能を持たせ、パウダーの高温性能と耐クラック性を向上させることができます。ケイ素とホウ素は合金粉末を自己融解性にすることができる。自己融着性合金粉末では、ホウ素とケイ素はそれ自体でスラグを形成することができ、自己保護効果がある。分析によると、低融点のNi2BとNi3Bはホウ素とニッケルから形成され、合金の融点を下げ、粉末の加工性能を向上させる。しかし、合金中のホウ素含有量が多すぎると、粒界にホウ素化合物や脆いケイ酸塩酸化化合物が多くなるため、被覆の塑性や靭性が低下し、脆性が増し、被覆層にクラックが発生しやすくなるため、ホウ素含有量を適切な範囲に制御する必要がある。
図2 はクラッド層の断面を示す。表層からコアにかけて、肉盛層ゾーン、熱影響ゾーン、マトリックスが連続している。肉盛層ゾーンは非常に狭いブライトゾーンで、溶射や肉盛溶接などで得られる金属接合ゾーンよりも狭い。熱影響部は熱伝導による熱処理に相当する。クラッド層ゾーンからの距離が長くなるにつれて、加熱温度は連続的に低下するため、相転移ゾーンから相転移ゾーンの一部、そして最終的にはマトリックスの元の構造になります。
このプロジェクトでは、国内MM-200摩耗試験機の試験条件、速度380r/min、乾式摩擦、時間1.5時間で、この粉末を被覆した試料の耐摩耗性を62HRCのAISI 52100標準試験ブロックと比較した。その結果、レーザークラッディング表面強化層の耐摩耗性が示された。 ニッケル系BNi-3粉末 はAISI 52100よりも優れているため、耐摩耗部品の寿命は大幅に改善される。
