Lazer Kaplamada Toz Morfolojisinin Kritik Rolü
Lazer kaplama sürecinde tozun fiziksel özellikleri, kimyasal bileşimi kadar hayati öneme sahiptir. Başarılı bir metalurjik bağ ve düzgün bir katman için tozun mükemmel akışkanlık ve tutarlı parçacık boyutu dağılımı sergilemesi gerekir. Tipik olarak gaz atomizasyonu yoluyla üretilen küresel tozlar, besleyici sistem içindeki iç sürtünmeyi en aza indirdikleri için tercih edilir. Bu, lazer eriyik havuzuna sabit bir kütle akış hızı sağlayarak, kaplamalı yolun eşit olmayan kalınlığına veya "boncuklanmasına" yol açabilecek dalgalanmaları önler. Parçacıklar düzensiz veya pürüzlü olduğunda, dağıtım memelerini tıkamaya eğilimlidirler ve koruyucu gazda türbülansa neden olurlar, bu da sonuçta gözenekliliğe neden olur ve koruyucu kaplamanın genel yoğunluğunu azaltır.
Parçacık boyutu dağılımı (PSD) da enerji emiliminde belirleyici bir rol oynar. Tipik olarak lazer kaplama tozları 45 ila 150 mikrometre aralığında sınıflandırılır. Daha ince parçacıklar çok hızlı bir şekilde eriyebilir veya alt tabakaya ulaşmadan önce gaz akışı tarafından uçup gidebilir, aşırı iri parçacıklar ise tamamen erimeyebilir, bu da stres yoğunlaştırıcı olarak işlev gören "erimemiş kalıntılara" yol açabilir. Morfolojide mükemmel dengenin elde edilmesi, lazer enerjisinin eşit şekilde dağıtılmasını sağlar ve minimum işlem sonrası işleme gerektiren pürüzsüz bir yüzey kalitesi elde edilir.
Yaygın Alaşım Sistemleri ve Endüstriyel Uygulamaları
Doğru malzeme kimyasını seçmek, bir bileşeni aşırı ısı, aşınma veya kimyasal saldırı gibi belirli çevresel zorluklara göre uyarlamanın ilk adımıdır. Lazer kaplama tozları genellikle dört ana aileye ayrılır: demir bazlı, nikel bazlı, kobalt bazlı ve karbür takviyeli kompozitler. Her sistem, alt tabaka uyumluluğuna ve son parçanın istenen performans ölçütlerine bağlı olarak farklı avantajlar sunar.
| Toz Kategorisi | Temel Özellikler | Tipik Uygulama |
| Demir Bazlı | Uygun maliyetli, iyi aşınma direnci | Hidrolik silindirler, miller |
| Nikel Bazlı | Mükemmel korozyon ve ısı direnci | Vanalar, kazan boruları, denizcilik parçaları |
| Kobalt Bazlı (Stellit) | Yüksek sıcaklıkta sertlik, sürtünme direnci | Türbin kanatları, motor valfleri |
| Tungsten Karbür (WC) | Aşırı sertlik ve erozyon koruması | Madencilik matkapları, petrol ve gaz araçları |
Ekonomik Restorasyon için Demir Bazlı Tozlar
Demir bazlı tozlar yeniden imalat endüstrisinin en önemli iş gücüdür. Karbon çeliği bileşenlerdeki aşınmış boyutları eski haline getirmek için sıklıkla kullanılırlar. Termal genleşme katsayıları birçok endüstriyel çeliğe benzer olduğundan, ara yüzeyde delaminasyon veya çatlama riski egzotik alaşımlara kıyasla önemli ölçüde daha düşüktür. Bu tozlar, erime aşamasında temel oksidasyon direnci ve geliştirilmiş akışkanlık sağlamak için genellikle krom ve silikon ile alaşımlanır.
Zorlu Ortamlar için Nikel ve Kobalt Alaşımları
Agresif kimyasal ortamlarda veya 600°C'yi aşan sıcaklıklarda çalışan bileşenler için nikel ve kobalt bazlı tozlar gereklidir. Inconel 625 gibi nikel bazlı alaşımlar, çukurlaşma ve çatlak korozyonuna karşı sağlam bir bariyer sağlar. Çoğunlukla Stellite tipi malzemeler olarak adlandırılan kobalt bazlı alaşımlar, sertliklerini kızgın sıcaklıkta bile korurlar ve bu da onları havacılık türbin bileşenleri ve yüksek basınçlı buhar valfleri için endüstri standardı haline getirir.
Toz Kullanımına İlişkin Optimizasyon Stratejileri
Lazer kaplamanın verimliliğini en üst düzeye çıkarmak ve malzeme israfını azaltmak için operatörlerin "havza verimliliğine", yani eriyik havuzuna başarılı bir şekilde dahil edilen tozun püskürtülen toplam miktara oranı üzerinde odaklanması gerekir. Yüksek kaliteli tozlar hassas nozul hizalaması ile birleştiğinde maliyetlerin artmasına neden olan "aşırı püskürtmeyi" önemli ölçüde azaltabilir. Ayrıca, bu tozların depolanması ve taşınması, bitmiş kaplama katmanında hidrojen kırılganlığına veya gaz gözenekliliğine yol açabilecek kirlenmeyi ve nem emilimini önlemek açısından kritik öneme sahiptir.
- Termal değişimleri azaltmak ve yüksek karbonlu malzemelerde çatlamayı önlemek için tozun veya alt tabakanın önceden ısıtılması.
- Metal matrisin dayanıklılığını seramik parçacıklarının sertliğiyle birleştirmek için özel "sermet" tozları (seramik-metalik) kullanılır.
- Büyük partilerde tekrarlanabilir sonuçlar için sabit bir besleme hızı (g/dak) sağlamak amacıyla toz besleyicinin düzenli kalibrasyonu.
- Neme maruz kalan tozlar için vakumlu kurutma yapılarak buhardan kaynaklanan kusurların giderilmesi sağlanır.
Üreticiler, toz kimyası, morfolojisi ve lazer parametreleri arasındaki etkileşimi anlayarak, kritik altyapının hizmet ömrünü uzatan üstün yüzey özelliklerine ulaşabilirler. İster yeni parçaların katmanlı üretimi ister pahalı makinelerin onarımı olsun, lazer kaplama tozunun seçimi nihai ürünün dayanıklılığı ve kalitesi açısından en etkili faktör olmaya devam ediyor.
