Perbedaan antara bubuk berbasis besi dan bubuk berbasis nikel untuk pelapisan laser.
Dalam proses pelapisan laser pada komponen besi cor, pemilihan bubuk berbasis besi dan bubuk berbasis nikel secara langsung memengaruhi kinerja, skenario aplikasi, dan biaya lapisan pelapis. Perbedaan inti antara keduanya tercermin dalam komposisi, kinerja, kemampuan adaptasi proses, dan skenario aplikasi, sebagai berikut:
1. Perbedaan bahan-bahan
| Jenis Bubuk | Bahan Utama | Unsur paduan tipikal |
| Bubuk berbahan dasar besi | Berdasarkan Fe (kandungan biasanya > 50%) | Sering mengandung Cr, Ni, Mo, Si, B, dll. (seperti sistem Fe-Cr-Ni-Mo, sistem Fe-Si-B) |
| Bubuk berbasis nikel | Berdasarkan Ni (kandungan biasanya > 50%) | Seringkali mengandung Cr, Mo, W, Co, Si, B, dll. (seperti sistem Ni-Cr-Mo, sistem Ni-Cr-B-Si) |
2. Perbandingan Kinerja Inti
1) Sifat mekanik
Bubuk berbahan dasar besi:
• Kekerasan tinggi (HRC 30-60, dengan penyesuaian komposisi, tipe Cr dan Mo tinggi dapat mencapai HRC 50 atau lebih), ketahanan aus yang baik;
• Kekuatannya mendekati kekuatan matriks besi cor (kekuatan tarik 500-1000MPa), kompatibilitas metalurgi yang lebih baik dengan besi cor, dan kekuatan ikatan antara lapisan pelapis dan matriks tinggi (biasanya >300MPa);
• Model dengan kerapuhan sedang dan kekerasan tinggi mungkin memiliki sensitivitas retak tertentu (proses pelapisan perlu dikendalikan untuk mengurangi tegangan).
Bubuk berbahan dasar nikel:
• Kekerasan sedang (HRC 20-45, tipe paduan rendah lebih lunak, tipe Cr dan W tinggi dapat mencapai HRC 40-50), tetapi ketangguhan yang sangat baik, ketahanan benturan yang lebih baik daripada bubuk berbasis besi;
• Kekuatan tarik sedikit lebih rendah daripada bubuk berbasis besi paduan tinggi (400-800MPa), tetapi plastisitas lebih baik (pemanjangan >10%, bubuk berbasis besi biasanya
• Kekuatan ikatan sedikit lebih rendah dengan besi cor (biasanya 200-300MPa), tetapi sensitivitas retak rendah, tidak mudah menghasilkan retak dingin (karena ketangguhan dan karakteristik tegangan rendah nikel).
2) Ketahanan terhadap korosi
Bubuk berbasis besi: ketahanan korosi sedang. Bubuk berbasis besi biasa (Cr rendah) memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi atmosfer dan air tawar, tetapi rentan terhadap karat di lingkungan asam dan basa. Tipe Cr tinggi (kandungan Cr > 12%) memiliki ketahanan korosi yang lebih baik, tetapi masih belum sebaik bubuk berbasis nikel.
Bubuk berbasis nikel: ketahanan korosi yang sangat baik, terutama pada lingkungan bersuhu tinggi, lembap, asam dan basa (seperti asam organik, basa lemah) (karena Ni dan Cr membentuk lapisan oksida yang padat), cocok untuk kondisi korosif.
3) Ketahanan terhadap panas
Bubuk berbahan dasar besi: ketahanan panas umum, suhu kerja jangka panjang biasanya
Bubuk berbasis nikel: tahan panas yang kuat, dapat bekerja secara stabil di lingkungan suhu tinggi 600-1000℃ (seperti bubuk berbasis nikel yang mengandung unsur Cr dan W, memiliki ketahanan oksidasi dan kelelahan termal yang sangat baik).
4) Kompatibilitas dengan matriks besi cor
Bubuk berbasis besi: lebih mendekati koefisien ekspansi termal besi cor (berbasis Fe) (bubuk berbasis besi sekitar 11-14×10⁻⁶/℃, besi cor sekitar 10-12×10⁻⁶/℃), tegangan termal kecil selama pelapisan, tidak mudah retak karena perbedaan ekspansi termal (sangat cocok untuk lapisan pelapis tebal).
Serbuk berbasis nikel: Koefisien ekspansi termalnya relatif tinggi (sekitar 13-16×10⁻⁶/℃), yang sedikit berbeda dari besi cor. Mudah retak karena tegangan termal selama pelapisan tebal, yang perlu diatasi dengan pemanasan awal, pendinginan lambat, atau pelapisan berlapis.
3. Perbedaan dalam kemampuan adaptasi proses
Bubuk berbahan dasar besi:
• Sensitivitas rendah terhadap daya laser, fluiditas sedang pada kolam lelehan, mudah membentuk lapisan pelapis yang rata;
• Mengandung unsur deoksidasi seperti Si dan B, memiliki toleransi tinggi terhadap pengotor seperti C dan S dalam besi cor (tidak mudah menghasilkan pori-pori);
• Tingkat pengenceran lapisan pelapis (proporsi logam dasar yang dicampur ke dalam lapisan pelapis) agak sulit dikendalikan, biasanya dikendalikan pada 10%-20% (terlalu tinggi dapat mengurangi kekerasan).
Bubuk berbahan dasar nikel:
• Tingkat penyerapan laser yang tinggi, fluiditas kolam lelehan yang baik (terutama bubuk berbasis nikel yang mengandung B dan Si), mudah untuk mendapatkan lapisan pelapis yang tipis dan seragam;
• Sensitif terhadap C dalam besi cor. Jika matriks memiliki kandungan karbon yang tinggi (seperti besi cor kelabu), mudah terbentuk fase rapuh (seperti karbida jaringan) karena difusi C ke dalam lapisan pelapis. Perlu dilakukan pengendalian ketat terhadap parameter laser (seperti mengurangi daya dan meningkatkan kecepatan pemindaian) untuk mengurangi tingkat pengenceran (biasanya diharuskan kurang dari 10%);
• Mudah bereaksi dengan sulfur (S) dalam besi cor untuk membentuk eutektik dengan titik leleh rendah (seperti Ni₃S₂), yang mengakibatkan retak termal. Oleh karena itu, perlu dipastikan bahwa sulfida permukaan dihilangkan selama pra-perlakuan bagian besi cor.
4. Biaya dan skenario aplikasi
| Ukuran | Bubuk berbahan dasar besi | Bubuk berbasis nikel |
| Biaya | Lebih rendah (sekitar 1/3-1/2 dari bubuk berbasis nikel), hemat biaya. | Tinggi (karena harga logam Ni yang tinggi), tekanan biaya yang tinggi |
| Skenario yang berlaku | 1. Kondisi kerja yang membutuhkan ketahanan aus tinggi dan ketahanan korosi sedang (seperti rel pemandu mesin perkakas dan perbaikan rol); 2. Restorasi dimensi atau penguatan permukaan komponen besi cor dengan biaya rendah dan volume besar; 3. Persyaratan untuk lapisan pelapis tebal (＞2mm) (seperti perbaikan aus pada bagian besi cor besar). | 1. Kondisi kerja yang membutuhkan ketahanan korosi dan ketahanan panas yang tinggi (seperti peralatan kimia, katup suhu tinggi); 2. Skenario yang membutuhkan ketangguhan dan ketahanan benturan yang sangat baik (seperti permukaan gigi roda gigi, palu penghancur); 3. Pelapisan presisi pada bagian besi cor berdinding tipis atau berbentuk kompleks (seperti cetakan, bagian hidrolik). |
Ringkasan
• Bubuk berbahan dasar besi lebih disukai: ketika biaya rendah dan ketahanan aus yang tinggi menjadi pertimbangan utama, dan kondisi kerja tidak memerlukan ketahanan korosi yang kuat atau suhu tinggi (seperti memperbaiki komponen mekanik biasa).
• Bubuk berbasis nikel lebih disukai: ketika dibutuhkan ketahanan terhadap korosi, ketahanan terhadap panas, atau ketangguhan tinggi, dan biaya yang lebih tinggi dapat diterima (seperti penguatan bagian besi cor presisi di bawah kondisi kerja khusus).
