Κράμα CoCrFeNi

Συνοπτική παρουσίαση σκόνης CoCrFeNi

Η σκόνη CoCrFeNi, γνωστή και ως σκόνη CoCrFeNiMn ή σκόνη υψηλής εντροπίας κράματος (HEA), αναφέρεται σε ένα υλικό που αποτελείται από στοιχεία κοβαλτίου, χρωμίου, σιδήρου και νικελίου σε σχεδόν ισοατομικούς λόγους. Αυτή η νέα σκόνη κράματος παρουσιάζει εξαιρετικές ιδιότητες σε σύγκριση με συμβατικά κράματα και έχει κεντρίσει σημαντικό ενδιαφέρον για διάφορες εφαρμογές.

Μερικά βασικά χαρακτηριστικά της σκόνης CoCrFeNi περιλαμβάνουν:

• Υψηλή διαμορφωτική εντροπία που οδηγεί σε εξαιρετική αντοχή, σκληρότητα, θερμική σταθερότητα και αντοχή στη διάβρωση
• Μονή στερεά διάλυση FCC φάση μικροδομή
• Άριστος συνδυασμός αντοχής-γραμμικής διαστολής
• Υψηλή αντοχή σε κάταγμα
• Καλή μηχανουργική κατεργασία και δυνατότητα διαμόρφωσης
• Αντίσταση στην μαλάκωση σε αυξημένες θερμοκρασίες
• Εξατομικεύσιμο με μικρές προσθήκες στοιχείων όπως το μαγγάνιο

Η μοναδική διαταραχή στην ατομική διάταξη του CoCrFeNi προσδίδει ανώτερη μηχανική απόδοση. Οι σχεδόν ίσες συγκεντρώσεις των κύριων στοιχείων εμποδίζουν την κίνηση των εξαρθρώσεων, βελτιώνοντας τη σκληρότητα. Η πολυφασική δομή παρέχει ενίσχυση στερεού διαλύματος μέσω επιδράσεων τάσης πλέγματος.

Σύνθεση σκόνης CoCrFeNi

Η σύσταση της σκόνης CoCrFeNi HEA μπορεί να ρυθμιστεί, αλλά πάντως γενικά αποτελείται από:

Στοιχείο	Τυπικόεύρος σύνθεσης
Κοβάλτιο (Co)	20-35 at.%
Χρώμιο (Cr)	20-35 at.%
Σίδηρος (Fe)	20-35 at.%
Νικέλιο (Ni)	20-35 at.%

Ο ισατομικός λόγος παρέχει μέγιστη διαμορφωτική εντροπία αλλά μικρές αποκλίσεις δεν επηρεάζουν σημαντικά τις ιδιότητες. Οι προσθήκες 1-2 ατ. % μαγγανίου είναι συνηθισμένες για τη περαιτέρω βελτίωση των ιδιοτήτων μέσω εξευγενισμού κόκκων και στερεοποίησης ενίσχυσης.

Ιδιότητες της κόνιδας CoCrFeNi

Η σκόνη κράματος CoCrFeNi παρουσιάζει έναν μοναδικό συνδυασμό εξαιρετικών ιδιοτήτων:

Ακίνητη περιουσία	Αξίες
Πυκνότητα	7,5-8,3 g/cm3
Σημείο Τήξης	>1200π.Χ.
Μικροσκληρότητα	2,5-4 GPa
Η Αντοχή σε Τελική Έλξη	500-1300 MPa
Αντοχή σε επιμήκυνση	200-1100 MPa
Επέκταση	10-60%
Μονάδα Young	150-250 GPa
Μέτρολος αποκοπής	65-85 GPa
Συντελεστής Poisson	0.21-0.33
Αντοχή καταγμάτων	>100 MPa©|m
Θερμική αγωγιμότητα	10-30 W/mK
Ηλεκτρική ειδική αντίσταση	70-100 n´Îm
Αντοχή στη διάβρωση	Άριστα σε διάφορα περιβάλλοντα

Η υψηλή σκληρότητα προκύπτει από την ενίσχυση στερεού διαλύματος ενώ η δομή FCC παρέχει καλή ελατότητα. Οι ιδιότητες μπορούν να προσαρμοστούν μέσω προσαρμογών στη σύνθεση και στην επεξεργασία.

Χαρακτηριστικά σκόνης CoCrFeNi

Μερικά από τα κύρια χαρακτηριστικά της σκόνης κράματος CoCrFeNi περιλαμβάνουν:

• Μονοφασική δομή FCC χωρίς διαμεταλλικές φάσεις
• Δίδυμοι ανόπτησης και λάθη στιβάξεως υφίστανται
• Ισοαξονική μορφολογία σκόνης με καλή ρευστότητα
• Κατανομή μεγέθους σκόνης που κυμαίνεται μεταξύ 15-150 Ã×m
• Υψηλή καθαρότητα με χαμηλή περιεκτικότητα οξυγόνου
• Σφαιρικό σχήμα σκόνης και λεία επιφάνεια
• Προσαρμόσιμο μέγεθος σκόνης, σχήμα και σύσταση

Η σκόνη εμφανίζει υψηλή χημική ομοιογένεια με ομοιόμορφη κατανομή στοιχείων κράματος. Η σφαιρική μορφολογία παρέχει καλά χαρακτηριστικά πλήρωσης και ροής.

Εφαρμογές της σκόνης CoCrFeNi

Ο εξαιρετικός συνδυασμός ισχύος, ανθεκτικότητας και ικανότητας επεξεργασίας της σκόνης CoCrFeNi την καθιστά κατάλληλη για:

Προσθετική Κατασκευή: Εξαιρετική ικανότητα να εκτυπωθεί λόγω των καλών χαρακτηριστικών ροής και λιωσίματος. Χρησιμοποιείται στην αεροδιαστημική και στην ιατρική εμφυτευμάτων και εργαλείων.

Επενδύσεις Θερμικού Ψεκασμού: Αντίσταση στη φθορά, στη διάβρωση και στη θερμική μαλάκωση. Επικαλύψεις για μηχανικές, θαλασσινές και χημικές εφαρμογές.

Ανάπτυξη Κραμάτων: Βασικό υλικό για νέα κράματα υψηλής εντροπίας με προσθήκες Al, Ti κ.ά.

Διαμόρφωση Με Έγχυση Μετάλλου: Μέρη υψηλής ακαμψίας με καλή διαστασιακή σταθερότητα για αεροπορία και αυτοκίνηση.

Μεταλλουργία Σκόνης: Υψηλής απόδοσης Ε/Μ μέρη με ισορροπημένη αντοχή και αντοχή σε εφελκυσμό.

Εφαρμογές κρυογενικών: Διατήρηση ελαστικότητας και αντοχής σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν.

Προδιαγραφές σκόνης CoCrFeNi

Η σκόνη κράματος CoCrFeNi διατίθεται σε διάφορα εύρη μεγεθών, συνθέσεων και μορφών:

Παράμετρος	Παραλλαγές
Εύρος μεγέθους	15-25 äm, 25-45 äm, 45-75 äm, 75-105 äm, 105-150 äm
Σύνθεση	Ισοατομικοί, προσαρμοσμένοι βασικοί λόγοι
Μορφή σκόνης	Σφαιρικό, ακανόνιστο
Μέθοδος παραγωγής	Αεριο/υδροψεκασμός, μηχανική μίξη
Φόρμα προμήθειας	Χύμα σκόνη, συμπιεσμένα προπλάσματα

Προτιμούνται μεγαλύτερα μεγέθη σκόνης των 45-150 Ã × m για θερμική ψεκασμό και χύτευση με έγχυση μετάλλου. Χρησιμοποιούνται μικρότερα μεγέθη 15-45 Ã × m για προσθετική κατασκευή. Οι σκόνες μπορούν να προσαρμοστούν σε σχήμα, μέγεθος, περιεκτικότητα σε οξυγόνο και ρευστότητα.

Προμηθευτές σκόνης CoCrFeNi

Μεταξύ των κορυφαίων παγκόσμιων προμηθευτών σκόνης κράματος CoCrFeNi υψηλής εντροπίας περιλαμβάνονται:

Εταιρεία	παραγωγική δυνατότητα	Τοποθεσία
Sandvik	200 τόνοι ετησίως	Σουηδία
Praxair	150 τόνοι ετησίως	ΗΠΑ
Χογκάνας	100 τόνοι το χρόνο	Σουηδία
Κόνις CNPC	50 τόνοι ανά έτος	Kίνα
Carpenter Technologies	40 τόνοι ανά έτος	ΗΠΑ

Οι σκόνες παράγονται γενικά μέσω μεθόδων αερισμού ή διασποράς στο νερό. Πρότυπες συνθέσεις σκόνης και μεγέθη μπορούν να προέρχονται από αυτούς τους προμηθευτές.

τιμολόγηση

Μέγεθος Σκόνης	Εύρος Τιμών
15-45 micron	150-200 ευρώ το κιλό
45-105 micron	100-150€ ανά kg
105-150+ micron	80-120 δολάρια ανά κιλό

Οι μεγαλύτερες διαστάσεις σκόνης είναι φθηνότερες λόγω των μεγαλύτερων ποσοστών παραγωγής κατά την ατομοποίηση. Τα εξατομικευμένα κράματα και συνθέσεις είναι ακριβότερα. Οι τιμές της σκόνης μειώνονται λόγω του αυξανόμενου ανταγωνισμού και των ικανοτήτων της αγοράς.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της σκόνης CoCrFeNi

Πλεονεκτήματα	Περιορισμοί
Εξαιρετική αντοχή και σκληρότητα	Υψηλό κόστος υλικών λόγω Co και Ni
Άριστη ολκιμότητα και αντοχή	Περιορισμένα δεδομένα για τη μακροπρόθεσμη απόδοση
Καλη στρατηγική κατασκευής από AM, MIM, PM	Αντιμετώπιση προκλήσεων επεξεργασίας με έλεγχο μικροδομής
Θερμική και μικροδομική σταθερότητα	Η σύνθεση πρέπει να ελέγχεται με ακρίβεια
Υψηλή αντοχή στη διάβρωση και στη φθορά	Χαμηλότερη ικανότητα επεξεργασίας από τα συμβατικά κράματα
Διατηρεί αντοχή στους αυξημένους παλμούς	Συχνά απαιτεί επεξεργασία HIP μετά την επεξεργασία

Η σκόνη CoCrFeNi HEA δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας εξαρτημάτων με ασυναγώνιστους συνδυασμούς ιδιοτήτων. Ωστόσο, το κόστος του υλικού και της επεξεργασίας είναι υψηλό. Η μικροδομή και οι ιδιότητες εξαρτώνται σημαντικά από τον ακριβή έλεγχο της σύστασης.

Σύγκριση με εναλλακτικές λύσεις

έναντι σκονών ανοξείδωτου χάλυβα

• Μεγαλύτερη αντοχή και σκληρότητα
• Ανώτερη αντοχή στη φθορά και τη διάβρωση
• Ακριβότερο κόστος βασικού υλικού
• Χαμηλή επεξεργαστικότητα και συγκολλησιμότητα

Vs. Ταλιχαλκωτές σκόνες εργαλείων

• Καλύτερη ελατότητα και αντοχή σε κάταγμα
• Μικρότερη αντοχή υψηλής θερμοκρασίας
• Μέθοδοι επεξεργασίας λιγότερο γνωστές
• Περιορισμένο μέγεθος και διαθεσιμότητα μεταλλικών κραμάτων

Ενάντια σε κονιοποιημένα κράματα σούπερ Inconel

• Συγκρίσιμη υψηλή αντοχή σε θερμοκρασία
• Υλικό χαμηλού κόστους
• Συντομότερο ιστορικό απόδοσης
• Περιορισμένη μικροδομική σταθερότητα σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες

Συχνές ερωτήσεις

Ε: Τι είναι η σκόνη κράματος υψηλής εντροπίας;

A: Η σκόνη HEA περιέχει πολλαπλά κύρια στοιχεία σε σχεδόν ισοατομικές αναλογίες για την παραγωγή εξαιρετικών ιδιοτήτων αντοχής, ολκιμότητας και σταθερότητας. Η CoCrFeNi είναι μια από τις κύριες HEA.

Ε: Ποια είναι τα τυπικά μεγέθη διαθέσιμης σκόνης CoCrFeNi;

Α: Τα συνήθη εύρη μεγέθους είναι 15-45 Ã×m για AM, 45-105 Ã×m για θερμικό ψεκασμό και 105-150 Ã×m για MIM και άλλες εφαρμογές. Μπορούν να προσαρμοστούν πιο λεπτά και χοντρόκοκκα μεγέθη.

Ε: Τι επηρεάζει την τιμή της σκόνης κράματος CoCrFeNi;

A: Το μέγεθος, η σύνθεση, η καθαρότητα, η μέθοδος παραγωγής και η ποσότητα της παραγγελίας καθορίζουν τις τιμές. Τα μεγαλύτερα μεγέθη άνω των 100 Ã×m κοστίζουν λιγότερο. Οι μικρές προσθήκες ή τα στενότερα εύρη σύστασης αυξάνουν το κόστος.

Ε: Πώς παράγεται σκόνη CoCrFeNi HEA;

Α: Η αεριοποίηση και η υδατοποίηση είναι οι κύριες μέθοδοι παραγωγής. Η σκόνη μπορεί επίσης να παραχθεί με μηχανική κράμα ή κρυοκύλινδρο προ-κραματοποιημένων πλινθωμάτων.

Ε: Ποιες είναι μερικές από τις ενδεικτικές εφαρμογές της κονιοποιημένης CoCrFeNi;

Α: Οι πρωταγωνιστικές χρήσεις είναι η πρόσθετη κατασκευή εργαλείων και αεροδιαστημικών εξαρτημάτων, θερμικές επικαλύψεις ψεκασμού για αντίσταση φθοράς/διάβρωσης, ανάπτυξη κραμάτων, χύτευση μετάλλων με έγχυση για εξαρτήματα αυτοκινήτων και μεταλλουργία σκόνης για εξαρτήματα υψηλής απόδοσης.

Q: Ποιες είναι οι βασικές ιδιότητες της σκόνης CoCrFeNi HEA;

Α: Επιδεικνύει ένα εξαιρετικό συνδυασμό υψηλής αντοχής, σκληρότητας, ελατότητας, σκληρότητας κατά των ρωγμών, θερμικής σταθερότητας και αντοχής στη διάβρωση σε σύγκριση με τα συμβατικά κράματα.

Ε: Ποιοι είναι οι περιορισμοί της σκόνης CoCrFeNi;

A: Ορισμένο μειονέκτημα είναι το υψηλό κόστος του βασικού υλικού, οι προκλήσεις στην επεξεργασία του ελέγχου της μικροδομής, τα περιορισμένα δεδομένα απόδοσης σε βάθος χρόνου και η μειωμένη συγκολλησιμότητα σε σχέση με τον χάλυβα.

Ε: Πώς συγκρίνεται η σκόνη CoCrFeNi με τους χάλυβες εργαλείων και τους ανοξείδωτους χάλυβες;

A: Έχει σε πολύ μεγάλο βαθμό μεγαλύτερη αντοχή και σκληρότητα, αλλά μικρότερη δυνατότητα επεξεργασίας από τα ανοξείδωτα ατσάλια. Σε σύγκριση με τους χάλυβες εργαλείων, παρέχει ανώτερη αντοχή σε θραύση και δειλικότητα.

Ε: Είναι το κράμα CoCrFeNi κατάλληλο για κρυογονικές εφαρμογές;

Α: Ναι, διατηρεί καλή όλκιμη δύναμη και αντοχή σε θερμοκρασίες κάτω του μηδενός ενώ τα συμβατικά κράματα γίνονται εύθραυστα. Αυτό το καθιστά χρήσιμο για κρυογενή εξοπλισμό.

Ε: Μπορεί η σύνθεση της σκόνης CoCrFeNi να προσαρμοστεί;

A: Ναι, οι προμηθευτές μπορούν να παρέχουν αναλογίες προσαρμοσμένων στοιχείων εκτός της ισατομικής σύστασης. Οι πιο συνηθισμένες προσαρμογές είναι προσθήκες 1-2 τοις εκατό Νήσου ή Σύ για να προσαρμοστούν οι ιδιότητες.