Il ruolo critico della morfologia delle polveri nel rivestimento laser
Nel processo di rivestimento laser, le caratteristiche fisiche della polvere sono altrettanto importanti quanto la sua composizione chimica. Per un legame metallurgico di successo e uno strato uniforme, la polvere deve presentare un'eccellente scorrevolezza e una distribuzione dimensionale delle particelle coerente. Le polveri sferiche, tipicamente prodotte mediante atomizzazione del gas, sono preferite perché riducono al minimo l'attrito interno all'interno del sistema di alimentazione. Ciò garantisce una portata di massa costante nel pool di fusione laser, prevenendo fluttuazioni che possono portare a spessori irregolari o "bordature" della pista rivestita. Quando le particelle sono irregolari o frastagliate, tendono a ostruire gli ugelli di erogazione e a causare turbolenze nel gas di protezione, che alla fine introduce porosità e riduce la densità complessiva del rivestimento protettivo.
Anche la distribuzione granulometrica (PSD) gioca un ruolo decisivo nell’assorbimento di energia. In genere, le polveri di rivestimento laser sono classificate in un intervallo compreso tra 45 e 150 micrometri. Le particelle più fini potrebbero sciogliersi troppo rapidamente o essere spazzate via dal flusso di gas prima di raggiungere il substrato, mentre le particelle eccessivamente grossolane potrebbero non sciogliersi completamente, portando a "inclusioni non fuse" che agiscono come concentratori di stress. Il raggiungimento del perfetto equilibrio morfologico garantisce che l'energia laser sia distribuita uniformemente, ottenendo una finitura superficiale liscia che richiede una lavorazione post-processo minima.
Sistemi di leghe comuni e loro applicazioni industriali
Selezionare la giusta composizione chimica del materiale è il primo passo per personalizzare un componente per sfide ambientali specifiche come calore estremo, abrasione o attacco chimico. Polveri per rivestimenti laser sono generalmente raggruppati in quattro famiglie principali: compositi a base di ferro, a base di nichel, a base di cobalto e rinforzati con carburo. Ciascun sistema offre vantaggi distinti a seconda della compatibilità del substrato e dei parametri prestazionali desiderati della parte finale.
| Categoria polvere | Caratteristiche chiave | Applicazione tipica |
| A base di ferro | Conveniente, buona resistenza all'usura | Cilindri idraulici, alberi |
| A base di nichel | Eccellente resistenza alla corrosione e al calore | Valvole, tubi caldaia, parti marine |
| A base di cobalto (stellite) | Durezza alle alte temperature, resistenza all'usura | Pale di turbine, valvole di motori |
| Carburo di tungsteno (WC) | Estrema durezza e protezione dall'erosione | Trivelle minerarie, utensili per petrolio e gas |
Polveri a base di ferro per il risanamento economico
Le polveri a base di ferro sono i cavalli di battaglia del settore della rigenerazione. Sono frequentemente utilizzati per ripristinare dimensioni usurate su componenti in acciaio al carbonio. Poiché i loro coefficienti di dilatazione termica sono simili a quelli di molti acciai industriali, il rischio di delaminazione o fessurazione all'interfaccia è significativamente inferiore rispetto alle leghe esotiche. Queste polveri sono spesso legate con cromo e silicio per fornire resistenza all'ossidazione di base e migliore fluidità durante la fase di fusione.
Leghe di nichel e cobalto per ambienti difficili
Per componenti che operano in ambienti chimici aggressivi o a temperature superiori a 600°C, le polveri a base di nichel e cobalto sono essenziali. Le leghe a base di nichel come Inconel 625 forniscono una robusta barriera contro la vaiolatura e la corrosione interstiziale. Le leghe a base di cobalto, spesso definite materiali di tipo stellite, mantengono la loro durezza anche al calore rosso, rendendole lo standard industriale per i componenti delle turbine aerospaziali e le valvole del vapore ad alta pressione.
Strategie di ottimizzazione per l'utilizzo delle polveri
Per massimizzare l'efficienza del rivestimento laser e ridurre gli sprechi di materiale, gli operatori devono concentrarsi sull'"efficienza del bacino", ovvero il rapporto tra la polvere incorporata con successo nel bagno di fusione e la quantità totale spruzzata. Polveri di alta qualità combinate con un preciso allineamento degli ugelli possono ridurre significativamente l'"overspray" che porta ad un aumento dei costi. Inoltre, lo stoccaggio e la manipolazione di queste polveri sono fondamentali per prevenire la contaminazione e l’assorbimento di umidità, che possono portare all’infragilimento da idrogeno o alla porosità da gas nello strato di rivestimento finito.
- Preriscaldamento della polvere o del substrato per ridurre i gradienti termici e prevenire fessurazioni nei materiali ad alto contenuto di carbonio.
- Utilizzo di polveri specializzate "cermet" (ceramiche-metalliche) per combinare la tenacità di una matrice metallica con la durezza delle particelle ceramiche.
- Calibrazione regolare dell'alimentatore di polvere per garantire una velocità di alimentazione costante (g/min) per risultati ripetibili su lotti di grandi dimensioni.
- Implementazione dell'essiccazione sotto vuoto per le polveri esposte all'umidità, garantendo l'eliminazione dei difetti indotti dal vapore.
Comprendendo l'interazione tra chimica delle polveri, morfologia e parametri laser, i produttori possono ottenere proprietà superficiali superiori che prolungano la durata di servizio delle infrastrutture critiche. Che si tratti della produzione additiva di nuove parti o della riparazione di macchinari costosi, la scelta della polvere di rivestimento laser rimane il fattore più influente nella durata e nella qualità del prodotto finale.
