Laserpinnoitus suunnittelijoille

Kehittämällä laitosten ja laitteiden käyttövarmuutta teollisuus parantaa samalla kilpailukykyään ja kannattavuuttaan kovilla kansainvälisillä markkinoilla.

Laadukkaalla laserpinnoituksella (laser cladding) haluamme olla mukana kehittämässä kilpailukykyä ja kestäviä tuotteita. Suunnitteluvaiheessa voidaan parantaa koneiden ja laitteiden kuluvien osien ominaisuuksia. Laserpinnoitteella voidaan käyttökohteen mukaan parantaa komponenttien korroosionkestoa, kovuutta tai liukuominaisuuksia. Laserpinnoite kiinnittyy metallurgisesti komponentin pintaan, jolloin saavutetaan pinnoitteen erinomainen kiinnipysyvyys (hitsattavuuteen verrattava) toisin kuin esimerkiksi terminen ruiskupinnoite.

Laserpinnoituksen edut

• Luja metallurginen sidos, hitsausliitos (yhtä puuta)
• Alhainen lämmöntuonti => pienet muodonmuutokset (ei vetele)
• Tiivis rakenne => hyvä korroosion kesto (yksi kerros riittää )
• Alhainen seostuminen => hyvä korroosion ja kulutuksen kesto yhdellä kerroksella
• Vähäiset muutokset perusaineen rakenteessa ja ominaisuuksissa, kapea HAZ
• Pinnoitteen ominaisuudet ”räätälöitävissä”

Tavoiteltavia ominaisuuksia

• Kulumiskestävyys
• Korroosiokuluminen
• Märkäkorroosionkestävyys (kloridit, hapot, emäkset, jne.)
• Kuumakorroosionkestävyys (sulasuola, hapettuminen)
• Liukuominaisuuksien parantaminen
• Korjaus/täyttö
• Kustannustehokkuus
• Ympäristömyönteinen
• Pidempi tuotteen elinkaari
• Lyhyt toimitusaika (uudistuotanto, kunnostus)

Paranna tuotteen ominaisuuksia ja hanki kustannussäästöjä pinnoittamalla rakenneteräs haponkestävällä pinnoitteella.

Sula lisäaine kiinnittyy metallurgisesti lasersäteen avulla pinnasta sulatettuun perusaineeseen

Täten korroosionsuojaamiseksi käytettävien laserpinnoitteiden materiaali on usein suhteellisen helppoa valita, koska usein voidaan käyttää suoraan materiaalitoimittajien käsikirjoja sekä erilaisia materiaalinvalintaoppaita.

Pinnoitteen jäähtyessä nopeasti, tulee sen mikrorakenne hyvin hienoksi ja laserpinnoitteiden korroosion kestävyydelle on mitattu jopa parempia arvoja kuin valssatulle umpiaineelle.

Laserpinnoituksen periaate

1. Pinnoitelisäaine syötetään erillisestä syöttölaitteesta lasersäteeseen
2. Lisäaine absorboi lasersäteestä energiaa
3. Lisäaine kuumenee ja sulaa
4. Sula materiaali kiinnittyy metallurgisesti lasersäteen avulla myös pinnasta sulatettuun perusaineeseen
5. Pinnoitekerros syntyy

Tyypillisimmät lisäaineet

• Fe-pohjaisia
  AISI431,316, työkaluteräkset
• Ni-pohjaisia
  Inconel^®, Hastelloy^®, Monell^®, NiCr, NiCoBSi
• Co-pohjaisia
  Stelliitit^® 21,6,12,4

• Cu-pohjaisia
  CuAl, CuSn
• Kovapartikkeleita sisältävät pinnoitteet, pehmeämpi lisäaine toimii 'liimana' karbideille
  Co / Ni -pohjainen + WC, Ni-pohjainen + CrC

Korroosionsuojapinnoitteet

Laserpinnoitus on ihanteellinen pinnoitusmenetelmä korroosionsuojaksi, koska sillä saadaan aikaan tiivis, huokoseton pinnoite. Koska pinnoite jäähtyy nopeasti, tulee sen mikrorakenne hyvin hienoksi ja laserpinnoitteiden korroosion kestävyydelle on mitattu jopa parempia arvoja kuin valssatulle umpiaineelle.

Täten korroosionsuojaamiseksi käytettävien laserpinnoitteiden materiaali on usein suhteellisen helppoa valita, koska usein voidaan käyttää suoraan materiaalitoimittajien ja käsikirjojen materiaalinvalintaoppaita.

Kulumisenkestävyys

Tavallisimpia kulumismuotoja ovat:

• Abrasiivinen kuluminen eli pintaa pitkin liikkuvien partikkelien aiheuttama kuluminen
• Eroosio, eli kun kuluttava partikkelisuihku osuu pintaan jollain kulmalla, eikä liu’u pinnalla
• Adhesiivinen eli kappaleiden välisen liukumisen aiheuttama kuluminen
• Korroosiokuluminen, fretting, kavitaatio, iskukuluminen jne…

Edellä mainittuihin kulumismuotoihin liittyy usein vielä korroosio ja korotettu lämpötila. Kulumisen eri muodot vaativat myös pinnoitemateriaalilta erilaisia ominaisuuksia. Adhesiivista kulumista vastaan käytetään yleisimmin stelliittejä ja Ni-Cr-B-Si-seoksia kun taas abrasiivista kulutusta vastaan käytetään karbideja sisältäviä metallimatriisikomposiittejä, joissa metallimatriisiin sekoitetaan volframi-, kromi-, titaani,- vanadiini ym. karbideja.

Lataa laserpinnoitusopas

Laserpinnoitteiden laatukriteereitä

Laserpinnoitus on korkeatasoinen pinnoitusmenetelmä, jonka yhtenä käyttökriteerinä on nimenomaan korkea laatu. Useimmiten tämä tarkoittaa tiivistä ja vähän seostunutta pinnoitetta.

Tiiveys

Tiiveydellä tarkoitetaan tässä pinnoitetta, jossa ei ole säröjä eikä huokosia. Varsinkin korrosoivissa olosuhteissa tämä on tärkeä laserpinnoitteiden kriteeri. Huokosia esiintyy ennen kaikkea paljon hiiltä sisältävissä seoksissa. Tällaisia seoksia käytetään yleensä kulutuspinnoissa, jolloin riippuu käyttökohteesta ovatko ne sallittuja. Metallimatriisi komponenteissa esiintyy myös usein huokosia sulaneiden karbidien hiilen vaikutuksesta.

Seostuma

Seostuma on prosenttiosuus siitä, kuinka paljon pinnoitteessa on perusaineesta sulanutta ja sekoittunut materiaalia. Jos esimerkiksi nikkelipinnoitteessa rakenneteräksen päällä on 10 % rautaa (10 % seostuma), niin tämä rauta on peräisin sulaneesta perusmateriaalista ja tällöin vaikuttaa pinnoitteen ominaisuuksiin.

Laserpinnoituksen käyttökohteita

Voimalaitokset

Kaasu ja höyryturbiinien siivet, kattiloiden seinät ja tulistimet, venttiilien karat, korit ja tiivistepinnat, kulutuspalat.

Kemianteollisuus

Venttiilien rungot ja tiivistyspinnat, tiivisteholkit, pumpunpesät, juoksupyörät, laipat.

Paperitehtaat

Pulpperin terät, murskaimen terät, telat, hydraulimännänvarret, laakeripesät.

Terästeollisuus

Valssit, langanohjaimet, pursotustyökalut.

Kaivosteollisuus

Murskaimien hampaat, öljynporauslaitteiden osat, Kartiomurskat, maansiirtokoneiden osat mm. tapit, männänvarret, pyörännavat jne.

Moottorit

Venttiilit, sylinteriputket, männän topit, männän renkaat, akselit

Yleisiä

Työkalut ja muotit, akselien tiiviste- ja laakeripinnat, kampiakselit, hydraulimännät ja sylinterit, sähkömoottorin akselin kaulat, terät.