Polvere CoCrMoW

Panoramica della polvere CoCrMoW

La polvere CoCrMoW è una polvere di lega cobalto-cromo-molibdeno-tungsteno utilizzata principalmente per la produzione di impianti per articolazioni ortopediche. L'aggiunta di tungsteno accresce ulteriormente resistenza, resistenza all'usura e durezza rispetto alle leghe CoCrMo.

Tra le principali caratteristiche e vantaggi della polvere CoCrMoW sono inclusi i seguenti:

Proprietà e caratteristiche della polvere CoCrMoW

Proprietà	Dettagli
Composizione	Lega co-cr-mo-w
Densità	9.2 g/cc
Forma delle particelle	Sferica
Intervallo delle dimensioni	15-45 micron
Densità apparente	Fino al 60% di vera densità
Flussibilita	Bene
Resistenza alla corrosione	Eccellente a causa dello strato di ossido di Cr
biocompatibilità	Alto, adatto per impianti
Resistenza all'usura	Davvero bravo con W e Cr
Forza	Allungamento a rottura molto elevato dovuto al rinforzo della soluzione solida

Grazie alla sua combinazione unica di biocompatibilità, elevata durezza, resistenza e tenacità, CoCrMoW consente la produzione di impianti ortopedici ad alte prestazioni mediante stampa 3D o stampaggio a iniezione di metallo.

Composizione polvere CoCrMoW

Composizione polvere CoCrMoW

Elemento	% Peso
Cobalto	Equilibrio
Chromium	26-30%
Molibdeno	5-7%
Tungsteno	4-6%
Carbonio	< 0,35%
Manganese	< 1 %
Silicio	< 1 %
Ferro	< 1 %
Nickel	< 1 %

• Il cobalto conferisce resistenza, biocompatibilità e contribuisce al rafforzamento della soluzione solida
• Cromo per la resistenza all'ossidazione e alla corrosione
• Il molibdeno contribuisce ad aumentare la resistenza della soluzione solida
• Il tungsteno migliora significativamente la resistenza e la durezza all'usura
• Altri elementi presenti come impurità

L'elevato contenuto di Cr, Mo e W genera un'eccellente combinazione di resistenza, durezza e resistenza alla corrosione richiesta per gli impianti ortopedici.

Proprietà fisiche della polvere CoCrMoW

Proprietà fisiche della polvere CoCrMoW

Proprietà	Valori
Densità	9.2 g/cc
Punto di fusione	1370-1430¡«C
Resistività elettrica	96 ×´Î-cm
Conduttività termica	16 W/mK
CTE	14,5 x 10^-6 K^-1
Temperatura di Curie	1160¡«C

• Alta densità rispetto alle leghe di CoCrMo e titanio
• Manutenzione della durezza e della resistenza a temperature elevate
• Relativa bassa conduttività termica
• Diventa paramagnetico sopra la temperatura di Curie
• CTE superato dalle leghe concorrenti nelle applicazioni implantari

Le proprietà consentono l'uso in impianti ortopedici portanti che richiedono resistenza alle alte temperature, durezza e resistenza alla corrosione.

Proprietà meccaniche della polvere CoCrMoW

Proprietà meccaniche della polvere CoCrMoW

Proprietà	Valori
Durezza	HRC 43-52
Resistenza alla trazione	1310-1650 MPa
Limite di snervamento	1035-1450 MPa
Allungamento	8-15%
Modulo di elasticità	240-310 GPa
Resistenza alla compressione	1700-2100 MPa

• Eccellente combinazione di durezza e solidità molto elevate
• I livelli di resistenza superano i requisiti per gli impianti portanti
• Ragionevole duttilità per un materiale duro
• L'elevato modulo fornisce la rigidità necessaria per gli impianti
• Elevata resistenza alla fatica garantisce durevolezza

Le proprietà meccaniche rendono la polvere CoCrMoW altamente adatta alla produzione di impianti ortopedici resistenti e resistenti all'usura mediante tecniche AM.

Applicazioni della polvere CoCrMoW

Le principali applicazioni della polvere CoCrMoW includono:

Applicazioni della polvere CoCrMoW

Applicazione	Esempi
Impianti ortopedici	Impianti dentali, di ginocchio e di anca
Dispositivi medici	Strumenti e dispositivi chirurgici
Aerospaziale	Componenti del motore di un aereo
Automotive	Parti di iniezione carburante, valvole
Industriale	Utensili di taglio, stampi, stampi di stampaggio.

Alcuni specifici utilizzi del prodotto della polvere di lega CoCrMoW:

• Superfici articolari negli impianti di sostituzione articolare
• Corone, ponti e cappette dentali
• Impianti maxillo-facciali, piastre craniali
• Pale e carcasse di turbine di motori aerei
• Valvole motore e iniettori di carburante per autoveicoli
• Utensili per la lavorazione e utensili industriali

La combinazione di eccellenti proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione e biocompatibilità fornisce le massime prestazioni per queste applicazioni impegnative.

Specifiche della polvere CoCrMoW

Principali standard per la polvere di CoCrMoW:

Standard di polvere di CoCrMoW

Standard	Descrizione
ASTM F75	Standard per leghe CoCrMo laminate per impianti chirurgici
ASTM F1537	Lega di CoCrMoNi prodotta per applicazioni dentali
ASTM F3001	Specifica per la fabbricazione additiva di impianti medici mediante fusione a letto di polvere
ISO 5832-4	Lega CoCrMoNi forgiata per impianti chirurgici

Questi standard specificano:

• Limiti di composizione, impurità
• Requisiti minimi delle proprietà meccaniche
• Metodo di produzione - atomizzazione a gas inerte
• Distribuzione della misura delle particelle accettabili
• Protocolli di test per la garanzia della qualità
• Requisiti per la caratterizzazione delle polveri

La conformità con gli standard garantisce l'idoneità per applicazioni di impianto ortopedico critiche.

Dimensione delle particelle di polvere di CoCrMoW

Distribuzione della dimensione delle particelle in polvere di CoCrMoW

Dimensione particellare	Caratteristiche
15-25 micron	Utilizzato nella fusione laser a letto di polvere (LPBF)
25-45 micron	Utilizzato nel jetting del legante e nella sinterizzazione laser selettiva
10~45 micron	Utilizzato nello stampaggio ad iniezione di metallo

• Polvere più fine garantisce una risoluzione più elevata e una migliore finitura superficiale per AM
• Una polvere più grossolana presenta una migliore scorrevolezza per la lavorazione della polvere
• Distribuzione delle dimensioni bilanciate ottimizzata per ciascun metodo di produzione
• Viene mantenuto uno stretto controllo sulla distribuzione delle dimensioni delle particelle

Il controllo delle dimensioni e della morfologia delle particelle consente di ottenere una densità di riempimento elevata e una sinterizzazione ottimizzata.

Densità apparente della polvere CoCrMoW

Densità apparente della polvere CoCrMoW

Densità apparente	Caratteristiche
Fino al 60% di vera densità	Per morfologia di polvere sferica
Intervallo 4,5-5,5 g/cc	A causa di vuoti tra le particelle

• La densità apparentiore migliora la compressibilità e il flusso di polvere
• La forma sferica della polvere consente un fattore di riempimento superiore
• Valori fino al 65% sono possibili con polvere ottimizzata

Una maggiore densità apparente determina una migliore produttività e qualità dei componenti nella produzione.

Metodo di produzione di polvere di CoCrMoW

Produzione della polvere CoCrMoW

Metodo	Dettagli
Atomizzazione a gas	Il gas inerte ad alta pressione suddivide il flusso di lega fusa in goccioline fini
Fusione a induzione in vuoto	Materie prime ad elevata purezza fuse nel vuoto
Rifusione multipla	Migliora l'omogeneità chimica
Setacciamento	Classifica la polvere in diverse frazioni di dimensioni delle particelle
Fusione	Frazioni di polvere miscelate per personalizzare la distribuzione delle particelle

• L'atomizzazione a gas produce una fine morfologia sferica della polvere
• La fusione sottovuoto riduce al minimo le impurità come ossigeno e azoto
• La ri-fusione multipla migliora l'uniformità della composizione
• La post-elaborazione consente un controllo preciso della distribuzione granulometrica

La produzione completamente automatizzata e il rigoroso controllo dei processi garantiscono proprietà affidabili e costanza da lotto a lotto della polvere.

Prezzi delle polveri di CoCrMoW

Prezzi delle polveri di CoCrMoW

Fattore	Impatto
Grado polvere	Il prezzo aumenta con la maggior purezza
Dimensione particellare	Granulometrie ultrafini più costose
Quantità ordine	Riduzione di prezzo per ordini all'ingrosso
Proprietà della polvere	Densità apparente elevata costa di più
Packaging	Contenitori riempiti con argon fanno aumentare i prezzi
Requisiti per i test	Test più rigorosi aumentano i costi
Lead time	I tempi di consegna più rapidi comportano un aumento dei costi

Prezzario indicativo

• CoCrMoW per applicazioni mediche: $120-180/kg
• CoCrMoW per applicazioni industriali: 80-120 euro al chilogrammo

Sono prezzi notevolmente inferiori si applicano ai grandi ordini di oltre cento chilogrammi.

Fornitori di polvere di CoCrMoW

Fornitori di polvere di CoCrMoW

Azienda	Ubicazione
Additive Carpenter	USA
Sandvik Osprey	GB
Hoganas	Svezia
Praxair	USA
AP&C	Canada
Erasteel	Francia

Fattori chiave di selezione:

• Gamma di gradi di polvere e dimensioni delle particelle
• Capacità produttiva e tempi di consegna
• La qualità e la consistenza delle polveri
• Conformità agli standard medici
• Prezzo e quantità minima di ordine
• Processi di ispezione, collaudo e QA

Gestione e sicurezza della polvere CoCrMoW

Gestione delle Polveri CoCrMoW

Raccomandazione	Motivo
Evitare l'inalazione	Per prevenire danni al tessuto polmonare causati da particelle fini
Indossare mascherina e guanti di protezione	Impedire l'ingestione accidentale attraverso naso/bocca
Utilizzarlo in zone ben ventilate	Riduci la circolazione particellare nell'aria
Usare l'abbigliamento protettivo adeguato	Ridurre al minimo il contatto cutaneo
Assicurati che non ci siano fonti di accensione nelle vicinanze	La polvere può combustionare in presenza di ossigeno
Attenersi ai protocolli antistatici	Prevenire incendi dovuti a scariche elettrostatiche durante la manipolazione
Utilizzare utensili anti-scintilla	Evitare la possibilità di accensione
Conservare in contenitori sigillati in un'area fresca e asciutta	Prevenzione di contaminazione e ossidazione

Anche se la polvere CoCrMoW è relativamente inerte, occorre prendere le precauzioni consigliate per una manipolazione e una lavorazione sicure.

Ispezione e collaudo della polvere in CoCrMoW

Test polvere CoCrMoW

Test	Dettagli
Analisi chimica	Spettroscopia ICP utilizzata per verificare la composizione
Analisi dimensionale delle particelle	Determina la distribuzione delle dimensioni delle particelle
Densità apparente	Misurati con flussimetro Hall secondo ASTM B212
Morphologia delle polveri	Analisi dell'imaging mediante SEM per controllare la forma delle particelle
Test di portata	Determina la scorrevolezza tramite un imbuto standardizzato
Test di densità di battuta	Densità misurata dopo aver fatto cadere meccanicamente il campione di polvere

La verifica rigorosa garantisce la conformità con le specifiche quali l'ASTM F75 e la polvere costante adatta per la produzione di impianti ortopedici.

Conservazione e manipolazione della polvere di CoCrMoW

Conservazione della polvere CoCrMoW

Fattore	Effetto
Aria, ossigeno	Rischio di ossidazione ad elevate temperature
Umidità	Basso tasso di corrosione a temperatura ambiente
Solventi organici	Può assorbire solventi e macchiare la polvere
Acid, alcali	Resistente agli acidi e alle basi deboli
Temperature elevate	Maggiore reattività e ossidazione all'aria
Contaminazione	Possono comprometterne la scorrevolezza e la sinterabilità

Consigli:

• Negozio sigillato in contenitori purgati con gas inerte.
• Mantenere una temperatura inferiore a 30¡«C
• Evitare il contatto con gli acidi ossidanti e i solventi clorurati
• Aprire i contenitori solo in ambienti controllati

Con le dovute precauzioni, la polvere CoCrMoW presenta un'eccellente stabilità durante la manipolazione e lo stoccaggio.

Confronto con la polvere CoCrMo

Polvere di CoCrMoW vs CoCrMo

Parametro	CoCrMoW	CoCrMo
Densità	9.2 g/cc	8,3 g/cc
Durezza	HRC 43-52	35-45 HRC
Resistenza alla trazione	1310-1650 MPa	1170-1510 MPa
Resistenza all'usura	Eccellente	Davvero ottimo
Resistenza alla corrosione	Eccellente	Eccellente
biocompatibilità	Elevato	Elevato
Costi	Elevato	Moderato
Usi	Impianti ortopedici, aerospazio	Impianti ortopedici, dentali

• CoCrMoW ha resistenza e durezza significativamente superiori.
• CoCrMoW garantisce una migliore resistenza all'usura
• Entrambe offrono un'eccellente resistenza alla corrosione e biocompatibilità
• CoCrMoW è più costosa per via dell'aggiunta di W
• CoCrMoW preferito per impianti di anca e ginocchio; CoCrMo per odontoiatria

L'aggiunta di tungsteno conferisce a CoCrMoW proprietà meccaniche superiori rispetto alle leghe CoCrMo tradizionali.

Pro e contro della polvere CoCrMoW

Vantaggi della polvere CoCrMoW:

• Ottima tenacità, durezza e resistenza all'usura
• Alta biocompatibilità e resistenza alla corrosione
• Buone proprietà ad alta temperatura
• Può essere elaborato tramite tecniche AM o MIM
• Adatto alle applicazioni di impianto ortopedico portante
• Fornisce un aspetto estetico accattivante

Limiti della polvere CoCrMoW:

• Più costosi delle polveri in CoCrMo e acciaio inossidabile
• Inferiore duttilità e tenacità di frattura
• Richiede atmosfera protettiva durante la lavorazione
• Componenti finali difficili da lavorare a macchina
• Congiungibilità e saldabilità limitate
• L'emissione di ioni Co solleva dubbi sulla salute

Domande frequenti sulla polvere di CoCrMoW

D: Quali sono le principali applicazioni della polvere di CoCrMoW?

A: Le applicazioni principali sono gli impianti per la sostituzione delle articolazioni del ginocchio e dell'anca, i restauri dentali come corone e ponti, gli impianti maxillofacciali e i componenti aerospaziali come le pale delle turbine.

D: In che modo l'aggiunta di tungsteno migliora le proprietà della lega di CoCrMo?

A: Il tungsteno aumenta in modo significativo la resistenza, la durezza e la resistenza all'usura attraverso rinforzo della soluzione solida e formazione di carburi rigidi. Ciò comporta prestazioni eccellenti per gli impianti di carico.

D: Quali precauzioni sono necessarie quando si gestisce polvere di CoCrMoW?

A: Le precauzioni raccomandate includono l'uso di maschere di protezione, guanti, indumenti, movimentazione in zone ventilate, evitamento di fonti di combustione, controllo di scariche statiche, uso di utensili anti-scintilla e conservazione dei contenitori sigillati in un luogo fresco e asciutto.

D: Quali sono le principali differenze tra i gradi CoCrMoW per usi medici e industriali?

A: I gradi medici hanno una maggiore purezza, minori impurità, una distribuzione controllata della dimensione delle particelle, subiscono test più rigorosi e sono prodotti in base a uno stretto controllo di qualità per soddisfare gli standard per gli impianti biomedici.