CoCrFeNi-Pulver

Überblick über CoCrFeNi-Pulver

CoCrFeNi-Pulver, auch als CoCrFeNiMn-Pulver oder Pulver aus Hochentropielegierungen (HEA) bezeichnet, bezieht sich auf ein Material, das aus Kobalt-, Chrom-, Eisen- und Nickelelementen in nahezu äquiatomaren Verhältnissen zusammengesetzt ist. Dieses neuartige Legierungspulver zeigt im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen außergewöhnliche Eigenschaften und hat großes Interesse für verschiedene Anwendungen geweckt.

Zu den Hauptmerkmalen von CoCrFeNi-Pulver gehören:

• Hohe konfigurationelle Entropie führt zu herausragender Festigkeit, Härte, Thermostabilität und Korrosionsbeständigkeit
• Mikrostruktur einer einzigen festen FCC-Einphasenlösung
• Ausgezeichnete Festigkeits-Duktilitäts-Kombination
• Hohe Bruchzähigkeit
• Gute Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit
• Beständigkeit gegen Erweichen bei erhöhten Temperaturen
• Durch kleinere Ergänzungen von Elementen wie Mangan anpassbar

Die einzigartige Fehlordnung in der atomaren Anordnung von CoCrFeNi verleiht hervorragende mechanische Eigenschaften. Die nahezu gleichen Konzentrationen der Hauptelemente behindern die Versetzungsbewegung und verbessern die Härte. Die Mehrphasenstruktur sorgt durch Gitterdehnungseffekte für eine Mischkristallverfestigung.

Zusammensetzung des CoCrFeNi-Pulvers

Die Zusammensetzung von CoCrFeNi HEA-Pulver kann angepasst werden, besteht jedoch im Allgemeinen aus:

Element	Typische Zusammensetzungsbereiche
Cobalt (Co)	20-35 at.-%
Chrom (Cr)	20-35 at.-%
Eisen (Fe)	20-35 at.-%
Nickel (Ni)	20-35 at.-%

Das äquiatomare Verhältnis führt zu maximaler Konfigurationsentropie, aber kleinere Abweichungen haben keinen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften. Die Zugabe von 1-2 At.-% Mangan ist üblich, um die Eigenschaften durch Kornfeinung und Ausscheidungshärtung weiter zu verbessern.

Eigenschaften von CoCrFeNi-Pulver

CoCrFeNi-Legierungspulver weist eine einzigartige Kombination hervorragender Eigenschaften auf:

Immobilie	Werte
Dichte	7,5-8,3 g/cm3
Schmelzpunkt	1200 vor Christus
Mikrohärte	2,5–4 GPa
Maximale Zugfestigkeit	500–1300 MPa
Streckgrenze	200-1100 MPa
Verlängerung	10-60%
Elastizitätsmodul	150–250 GPa
Gleitmodul	65–85 GPa
Poissonzahl	0.21-0.33
Bruchzähigkeit	>100 MPa©|m
Wärmeleitfähigkeit	10-30 W/mK
Elektrischer Widerstand	70-100 n´Îm
Korrosionsbeständigkeit	Ausgezeichnet in verschiedenen Umgebungen

Die hohe Härte entsteht durch Mischkristallhärtung, während die Kfz-Struktur eine gute Duktilität verleiht. Die Eigenschaften können durch Anpassungen der Zusammensetzung und Verarbeitung angepasst werden.

Eigenschaften von CoCrFeNi-Pulver

Zu den herausragenden Merkmalen von CoCrFeNi-Legierungspulver gehören:

• Einphasige FCC-Struktur ohne intermetallische Phasen
• Verzwilligungszwillinge und Stapelfehler präsentieren
• Gleichmäßige Pulvermorphologie mit guter Fließeigenschaften
• Partikelgrößenverteilung im Bereich von 15-150 Ã×m
• Hohe Reinheit mit niedrigem Sauerstoffgehalt
• Kugelform des Pulvers und glatte Oberfläche
• Anpassbare Partikelgröße, -form und -zusammensetzung

Das Pulver weist eine hohe chemische Homogenität mit gleichmäßiger Verteilung der Legierungselemente auf. Die sphärische Morphologie sorgt für gute Verpackungs- und Fließeigenschaften.

Anwendungen von CoCrFeNi Pulver

Die außergewöhnliche Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Verarbeitbarkeit von CoCrFeNi-Pulver macht es geeignet für:

Additive Fertigung: Hervorragende Druckbarkeit auf Grund guter Fließ- und Schmelzeigenschaften. Wird für Luft- und Raumfahrt, Werkzeug- und Biomedizin-Implantate genutzt.

Thermisches Spritzbeschichten: Verschleiß-, Korrosions- und thermoerweichende Beständigkeit. Beschichtungen für mechanische, Marine- und chemische Anwendungen.

Legierungsentwicklung: Grundstoff für neue Hochentropie Legierungen mit Zusätzen von z.B. Al, Ti

Metallspritzguss: Hohe Steifigkeit für guter Dimensionsstabilität für Luftfahrt und Automobil.

Pulvermetallurgie: Hochleistungs-P/M-Teile mit ausgewogener Festigkeit und Duktilität.

Kryogene Anwendungen: Erhaltung der Duktilität und Zähigkeit bei Minusgraden.

Spezifikationen für CoCrFeNi-Pulver

CoCrFeNi-Legierungspulver ist in verschiedenen Größenbereichen, Zusammensetzungen und Formen erhältlich:

Parameter	Varianten
Größenpalette	15–25 Øm, 25–45 Øm, 45–75 Øm, 75–105 Øm, 105–150 Øm
Komposition	Äquiatomar, benutzerdefinierte Grundelementeverhältnisse
Pulverform	Sphärisch, unregelmäßig
Produktionsverfahren	Gas-/Wasserzerstäubung, mechanisches Legieren
Lieferformular	Loses Pulver, gesinterte Vorformlinge

Größere Pulvergrößen von 45–150 Å × m werden bevorzugt für thermisches Spritzen und Metallspritzguss. Feinere Größen von 15–45 Å × m werden für die additive Fertigung verwendet. Pulver können hinsichtlich Form, Größe, Sauerstoffgehalt und Fließfähigkeit angepasst werden.

Lieferanten von CoCrFeNi-Pulver

Einige der weltweit führenden Anbieter von CoCrFeNi-Legierungspulver mit hoher Entropie sind:

Unternehmen	Produktionskapazität	Ort
Sandvik	200 Tonnen pro Jahr	Schweden
Praxair	150 Tonnen pro Jahr	Vereinigte Staaten
Hoganas	100 Tonnen pro Jahr	Schweden
CNPC-Pulver	50 Tonnen pro Jahr	China
Carpenter Technologies	40 Tonnen pro Jahr	Vereinigte Staaten

Die Pulver werden im Allgemeinen mit Gas- oder Wasserzerstäubungsverfahren hergestellt. Bei diesen Zulieferern können individuell zusammengestellte Pulverzusammensetzungen und -größen bezogen werden.

Preise

Pulvergröße	Preisspanne
15-45 Mikrometer	150-200 € pro kg
45-105 Mikron	100-150 € pro kg
105-150+ Mikron	80–120 € pro kg

Größere Pulvergrößen sind wegen höherer Erzeugungsraten bei der Zerstäubung billiger. Kundenspezifische Legierungen und Zusammensetzungen haben einen höheren Preis. Aufgrund des zunehmenden Wettbewerbs auf dem Markt und der Kapazitäten sinken die Pulverpreise.

Vorteile und Nachteile von CoCrFeNi-Pulver

Vorteile	Einschränkungen
Außergewöhnliche Festigkeit und Härte	Hohe Materialkosten durch Co und Ni
Hervorragender Dehnungsvermögen und Zähigkeit	Begrenzte Daten zur Langzeitleistung
Gute Herstellbarkeit durch AM, MIM, PM	Verarbeitungsherausforderungen mit mikrostruktureller Steuerung
Thermische und mikrostrukturelle Stabilität	Die Zusammensetzung muss präzise gesteuert werden
Hohe Korrosions- und Verschleißfestigkeit	Geringere Verarbeitbarkeit als herkömmliche Legierungen
Bewahrt bei höheren Temperaturen Festigkeit	Häufig ist eine HIP-Nachbearbeitung erforderlich

CoCrFeNi HEA-Pulver ermöglicht Komponenten mit unübertroffenen Eigenschaftskombinationen. Die Material- und Verarbeitungskosten sind jedoch hoch. Mikrostruktur und Eigenschaften hängen in hohem Maße von einer präzisen Zusammensetzungskontrolle ab.

Vergleich mit Alternativen

Gegen Edelstahlpulver

• Höhere Festigkeit und Härte
• Überlegene Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit
• Teurere Grundmaterialkosten
• Geringere Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit

Gegen aufgespritztes Werkzeugstahlpulver

• Bessere Duktilität und Bruchzähigkeit
• Geringere Hochtemperaturfestigkeit
• Weniger etablierte Verarbeitungsmethoden
• Begrenzte Größe und Verfügbarkeit von Legierungsvarianten

Inconel-Superlegierungs-Pulver

• Vergleichbare Hochtemperaturfestigkeit
• Kostengünstigeres Material
• Kürzere Erfolgsbilanz
• Eingeschränkte Mikrostrukt. Stabilität bei sehr hohen Temperaturen

FAQs

Q: Was ist ein Hochentropielegierungspulver (HEA)?

A: HEA-Pulver enthält mehrere Hauptelemente in nahezu äquiatomaren Verhältnissen, um außergewöhnliche Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Duktilität und Stabilität zu erzielen. CoCrFeNi-Pulver ist eine führende HEA.

Q: Welche typischen Größen stehen für CoCrFeNi-Pulver zur Verfügung?

A: Herkömmliche Größenbereiche für AM betragen 15-45 µm, für thermisches Sprühen 45-105 µm und für MIM und andere Anwendungen 105-150 µm. Feinere und gröbere Größen können angepasst werden.

F: Was beeinflusst den Preis von CoCrFeNi-Legierungspulver?

A: Pulvergröße, Zusammensetzung, Reinheit, Herstellungsverfahren und Bestellmenge bestimmen den Preis. Größere Größen über 100 Ã×m kosten weniger. Geringfügige Ergänzungen oder engere Zusammensetzungsbereiche erhöhen die Kosten.

F: Wie wird CoCrFeNi-HEA-Pulver hergestellt?

A: Gaszerstäubung und Wasserzerstäubung sind die wichtigsten Produktionsmethoden. Das Pulver kann auch durch mechanische Legierung oder Kryomahlung vorlegierter Barren hergestellt werden.

F: Nennen Sie einige Anwendungsbeispiele für CoCrFeNi-Pulver?

A: Bedeutende Anwendungen sind die additive Fertigung von Werkzeugen und Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, thermische Spritzbeschichtungen für Verschleiß-/Korrosionsbeständigkeit, Legierungsentwicklung, Metallspritzguss von Fahrzeugteilen und Pulvermetallurgie von Hochleistungskomponenten.

Q: Was sind die wichtigsten Eigenschaften von CoCrFeNi HEA-Pulver?

A: Es zeigt eine außergewöhnliche Kombination aus hoher Festigkeit, Härte, Duktilität, Bruchzähigkeit, thermischer Stabilität und Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen.

F: Welches sind die Einschränkungen von CoCrFeNi-Pulver?

A: Zu den Nachteilen gehören hohe Basismaterialkosten, Verarbeitungsherausforderungen bei der Steuerung der Mikrostruktur, begrenzte Daten zur Langzeitbeständigkeit, geringere Schweißbarkeit im Vergleich zu Stählen.

F: Wie steht CoCrFeNi-Pulver im Vergleich zu Werkzeugstählen und rostfreien Stählen da?

A: Es besitzt eine wesentlich höhere Festigkeit und Härte, aber eine geringere Verarbeitbarkeit als rostfreie Stähle. Im Vergleich zu Werkzeugstählen bietet es eine überlegene Zähigkeit und Duktilität.

F: Ist CoCrFeNi für Tieftemperaturanwendungen geeignet?

A: Ja, es behält eine hohe Duktilität und Zähigkeit bei Temperaturen unter Null, während konventionelle Legierungen spröde werden. Dies macht es für Kryoausrüstungen nützlich.

F: Kann die Zusammensetzung des CoCrFeNi-Pulvers angepasst werden?

A: Ja, Lieferanten können neben der äquiatomaren Zusammensetzung kundenspezifische Elementverhältnisse bereitstellen. Häufig werden 1–2 At.-% Mn oder Co hinzugefügt, um die Eigenschaften zu optimieren.