レーザークラッドにおける粉末形態学の重要な役割
レーザークラッディングのプロセスでは、粉末の物理的特性がその化学組成と同じくらい重要です。冶金学的結合と均一な層を成功させるには、粉末が優れた流動性と一貫した粒径分布を示さなければなりません。球状粉末は、フィーダーシステム内の内部摩擦を最小限に抑えるため、通常はガスアトマイズによって製造され、推奨されます。これにより、レーザー溶融プールへの質量流量が安定して確保され、クラッド トラックの不均一な厚さまたは「ビーディング」につながる可能性のある変動が防止されます。粒子が不規則またはギザギザであると、供給ノズルが詰まりやすくなり、シールドガスに乱流が発生し、最終的に多孔性が生じ、保護コーティングの全体的な密度が低下します。
粒度分布 (PSD) もエネルギー吸収において決定的な役割を果たします。通常、レーザー クラッド粉末は 45 ～ 150 マイクロメートルの範囲に分類されます。細かい粒子は溶けるのが早すぎたり、基板に到達する前にガス流によって吹き飛ばされたりする可能性がありますが、粗すぎる粒子は完全には溶けず、応力集中体として機能する「溶けていない介在物」が発生する可能性があります。形態の完璧なバランスを達成することで、レーザーエネルギーが均一に分散され、後処理の機械加工を最小限に抑えた滑らかな表面仕上げが得られます。
一般的な合金システムとその産業用途
適切な材料化学を選択することは、極度の熱、摩耗、化学的攻撃などの特定の環境課題に合わせてコンポーネントを調整するための最初のステップです。 レーザークラッド粉末 一般に、鉄ベース、ニッケルベース、コバルトベース、および炭化物強化複合材料の 4 つの主要なグループに分類されます。各システムは、基板の互換性と最終部品の望ましい性能基準に応じて、明確な利点を提供します。
| パウダーカテゴリー | 主な特徴 | 代表的な用途 |
| 鉄系 | コスト効率が高く、優れた耐摩耗性 | 油圧シリンダ、シャフト |
| ニッケルベース | 優れた耐食性と耐熱性 | バルブ、ボイラーチューブ、船舶部品 |
| コバルト系（ステライト） | 高温硬度、耐かじり性 | タービンブレード、エンジンバルブ |
| 炭化タングステン (WC) | 極めて高い硬度と浸食保護 | 採掘ドリル、石油・ガスツール |
経済復興のための鉄系粉末
鉄ベースの粉末は、再生産業の主力製品です。炭素鋼コンポーネントの磨耗した寸法を修復するためによく使用されます。熱膨張係数が多くの工業用鋼と類似しているため、界面での層間剥離や亀裂のリスクが特殊合金に比べて大幅に低くなります。これらの粉末は多くの場合、クロムおよびシリコンと合金化され、基本的な耐酸化性と溶融段階での流動性の向上を実現します。
過酷な環境向けのニッケルおよびコバルト合金
攻撃的な化学環境または 600°C を超える温度で動作するコンポーネントには、ニッケルおよびコバルトベースの粉末が不可欠です。インコネル 625 などのニッケルベースの合金は、孔食や隙間腐食に対する堅牢なバリアを提供します。ステライト型材料と呼ばれることが多いコバルトベースの合金は、赤熱でも硬度を維持するため、航空宇宙タービン部品や高圧蒸気バルブの業界標準となっています。
粉末利用の最適化戦略
レーザークラッディングの効率を最大化し、材料の無駄を減らすために、オペレーターは「捕集効率」、つまり溶融プールにうまく取り込まれた粉末の溶射総量に対する比率に焦点を当てる必要があります。高品質の粉末と正確なノズルの位置合わせを組み合わせることで、コストの増加につながる「オーバースプレー」を大幅に削減できます。さらに、これらの粉末の保管と取り扱いは、完成したクラッド層の水素脆化やガス多孔性を引き起こす可能性がある汚染や吸湿を防ぐために重要です。
- 粉末または基材を予熱して、熱勾配を軽減し、高炭素材料の亀裂を防止します。
- 特殊な「サーメット」粉末（セラミック金属）を利用して、金属マトリックスの靭性とセラミック粒子の硬度を組み合わせます。
- 粉末フィーダーを定期的に校正して、一定の供給速度 (g/min) を確保し、大規模なバッチ全体で再現可能な結果を実現します。
- 湿気にさらされた粉体は真空乾燥を実施し、蒸気による欠陥を確実に除去します。
粉末の化学、形態、レーザーパラメータ間の相互作用を理解することで、メーカーは重要なインフラストラクチャの耐用年数を延ばす優れた表面特性を実現できます。新しい部品の積層造形であっても、高価な機械の修理であっても、レーザー クラッド パウダーの選択は、最終製品の耐久性と品質に最も影響を与える要素です。
