CoCrFeNi-poeder

Overzicht van CoCrFeNi-poeder

CoCrFeNi-poeder, ook wel bekend als CoCrFeNiMn-poeder of een hoog-entropie-legeringspoeder (HEA), verwijst naar een materiaal dat is samengesteld uit de elementen kobalt, chroom, ijzer en nikkel in bijna equiatome verhoudingen. Dit nieuwe legeringspoeder vertoont uitzonderlijke eigenschappen in vergelijking met conventionele legeringen en heeft aanzienlijke interesse gewekt voor verschillende toepassingen.

Enkele belangrijke kenmerken van CoCrFeNi-poeder zijn:

• Hoge configuratie-entropie met uitmuntende sterkte, hardheid, thermische stabiliteit en corrosieweerstand.
• Microstructuur met één vaste FCC-fase met vaste oplossingen
• Uitstekende combinatie van sterkte en buigzaamheid
• Hoge breuktaaiheid
• Goede verspaanbaarheid en vervormbaarheid
• Stabiliteit tegen verzachten bij hoge temperaturen
• Aanpasbaar met kleine toevoegingen van elementen zoals mangaan

De unieke stoornis in de atomaire ordening van CoCrFeNi geeft superieure mechanische prestaties. De nagenoeg gelijke concentraties van de hoofdelementen belemmeren de beweging van dislocaties, waardoor de hardheid verbetert. De multifase structuur zorgt voor versterking van de vaste oplossing door middel van effecten van roosterrek.

Samenstelling van CoCrFeNi-poeder

De samenstelling van CoCrFeNi HEA-poeder kan worden aangepast, maar bestaat in het algemeen uit:

Element	Typisch samenstellingsbereik
Kobalt (Co)	20-35 at.%
Chroom (Cr)	20-35 at.%
IJzer (Fe)	20-35 at.%
Nikkel (Ni)	20-35 at.%

De equiatomaire verhouding levert de hoogste configurationele entropie, maar kleine afwijkingen beïnvloeden de eigenschappen niet significant. Toevoegingen van 1-2 at% mangaan zijn gebruikelijk om de eigenschappen verder te verbeteren door korrelfijning en uitscheidingsversterking.

Eigenschappen van CoCrFeNi-poeder

CoCrFeNi-legeringpoeder heeft een unieke combinatie van uitstekende eigenschappen:

Onroerend goed	Waarden
Dichtheid	7,5-8,3 g/cm3
Smeltpunt	>1200VC
Microhardheid	2,5-4 GPa
Ultieme treksterkte	500-1300 MPa
Rekgrens	200-1100 MPa
Verlenging	10-60%
Elasticiteitsmodulus	150-250 GPa
Schuifmodulus	65 - 85 GPa
Poissonconstante	0.21-0.33
Taaiheid bij breuk	>100 MPa©|m
Thermische geleidbaarheid	10-30 W/mK
Elektrische resistiviteit	70-100 n´Îm
Weerstand tegen corrosie	Uitstekend in diverse omgevingen

De hoge hardheid komt van oplossingen versteviging, terwijl de FCC-structuur zorgt voor goede ductiliteit. Deze eigenschappen kunnen worden aangepast door middel van verandering van samenstelling en verwerking.

Eigenschappen van CoCrFeNi-poeder

Enkele opvallende kenmerken van CoCrFeNi-legeringspoeder zijn onder andere:

• Eenfasige FCC-structuur zonder intermetallische fasen
• Annealing twins en stacking faults aanwezig
• Equiaxiale poedermorfologie met goede vloeibaarheid
• Poedermaatverdeling van 15-150 ×m
• Hoge zuiverheid met een laag zuurstofgehalte
• Bolvormige poedervorm en glad oppervlak
• Aangepaste poedergrootte, vorm en samenstelling

Het poeder vertoont een hoge chemische homogeniteit met een gelijkmatige verdeling van legeringselementen. De bolvormige morfologie geeft goede pak- en stroomeigenschappen.

Toepassingen van CoCrFeNi-poeder

De uitzonderlijke combinatie van sterkte, hardheid en verwerkbaarheid van CoCrFeNi-poeder maakt het geschikt voor:

Toevoegende fabricage: Uitstekende printbaarheid dankzij de goede vloeieigenschappen en smelteigenschappen. Gebruikt voor luchtvaart, gereedschappen en als biomedische implantaten.

Thermische sproeibekledingen: Bestendig tegen slijtage, corrosie en thermische verzachting. Coatings voor mechanische, maritieme en chemische toepassingen.

Legering ontwikkeling: Basismateriaal voor nieuwe high-entropy legeringen met toevoegingen van Al, Ti, enz.

Metaalspuitgieten: Hoog stijve delen met goede maatvastheid voor de lucht- en auto-industrie.

Poedermetaalurgie: Hoogwaardige P/M onderdelen met gebalanceerde sterkte en ductiliteit.

Cryogene toepassingen: Behoud van ductiliteit en taaiheid bij temperaturen onder nul.

Specificaties van CoCrFeNi Poeder

CoCrFeNi-legeringspoeder is verkrijgbaar in diverse maatreeksen, samenstellingen en vormen:

Parameter	Varianten
Groottebereik	15-25 ×m, 25-45 ×m, 45-75 ×m, 75-105 ×m, 105-150 ×m
Compositie	Equiatomische, aangepaste elementaire verhoudingen
Poedervorm	Sferisch, onregelmatig
Productiemethode	Gas/waterverstuiving, mechanische legering
Leveringsformulier	Los poeder, gesinterde voorvormlingen

Grotere poederformaten van 45-150 Ã×m worden bij voorkeur gebruikt voor thermisch spuiten en metaalspuitgieten. Fijnere formaten van 15-45 à ×m worden gebruikt voor 3D-printen. Poeders kunnen worden aangepast op vorm, formaat, zuurstofgehalte en vloeibaarheid.

Leveranciers van CoCrFeNi-poeder

Enkele toonaangevende mondiale leveranciers van CoCrFeNi high entropy alloy poeder zijn:

Bedrijf	productiecapaciteit	Locatie
Sandvik	200 ton per jaar	Zweden
Praxair	150 ton per jaar	Verenigde Staten
Hoganas	100 ton per jaar	Zweden
CNPC Powder	50 ton per jaar	China
Carpenter Technologies	40 ton per jaar	Verenigde Staten

De poeders worden doorgaans geproduceerd via gas- of wateratomiseringsmethoden. Aangepaste poedersamenstellingen en -groottes kunnen worden verkregen bij deze leveranciers.

prijzen

Particlegrootte	Prijsbereik
15-45 micron	$150-200 per kg
45-105 micron	100-150 euro per kg
105-150+ micron	$80-120 per kg

Grotere poedergroottes zijn goedkoper vanwege hogere productiesnelheden bij verstuiven. Toegepaste legeringen en samenstellingen zijn duurder. De poederprijzen zijn het afgelopen jaar gedaald door toenemende concurrentie op de markt en capaciteitsuitbreiding.

Voor- en nadelen van CoCrFeNi-poeder

Voordelen	Beperkingen
Uitstekende sterkte en hardheid	Hoge materiaalkosten door Co en Ni
Uitstekende buigzaamheid en taaiheid	Beperkte gegevens over de prestaties op de lange termijn
Goede fabricage door AM, MIM, PM	Verwerking van uitdagingen bij microstructuurregeling
Thermische en microstructurele stabiliteit	De samenstelling moet nauwkeurig worden gecontroleerd
Hoge corrosie- en slijtvastheid	Lagere verwerkbaarheid t.o.v. conventionele legeringen
Behoudt sterkte bij verhoogde temperaturen.	Vereist vaak HIP nabewerking

CoCrFeNi HEA-poeder maakt componenten mogelijk met ongeëvenaarde eigenschapscombinaties. De materiaalkosten en verwerkingskosten liggen echter hoog. De microstructuur en eigenschappen zijn sterk afhankelijk van nauwkeurige samenstellingscontrole.

Vergelijking met alternatieven

Tegenover roestvrijstalen poeders

• Hogere sterkte en hardheid
• Uitstekende slijt- en corrosieweerstand
• Hogere kostprijs van het basismateriaal
• Lagere verwerkbaarheid en lasbaarheid

Vs. staalpoeder

• Betere ductiliteit en breuktaaiheid
• Lagere warmtebestendigheid
• Minder gangbare verwerkingswijzen
• Beperkte maatvoeringen en beperkte beschikbaarheid van eventuele variaties in die legering

Tegenover Inconel superlegeringpoeders

• Vergelijkbaar hoge temperatuurbestendigheid
• Goedkoop materiaal
• Kortere staat van dienst van prestaties
• Beperkte microstructuurstabiliteit bij zeer hoge temperaturen

FAQ's

V: Wat is een hoog-entropie-legering (HEA) poeder?

A: HEA-poeder bevat meerdere hoofdelementen in bijna-equiatomische verhoudingen om uitzonderlijke eigenschappen van sterkte, taaiheid en stabiliteit te produceren. CoCrFeNi-poeder is een vooraanstaand HEA.

V: Welke standaardgrootten van CoCrFeNi-poeder zijn er?

A: Gemeenschappelijke afmetingen zijn 15-45 Ã--m voor AM, 45-105 Ã--m voor thermisch spuiten en 105-150 Ã--m voor MIM en andere toepassingen. Er kunnen fijnere en grovere afmetingen op maat worden gemaakt.

Q: Wat beïnvloedt de prijs van CoCrFeNi-legeringpoeder?

A: De prijs wordt bepaald door de grootte van het poeder, de samenstelling, de zuiverheid, de productiemethode en de hoeveelheid van de bestelling. Grotere afmetingen van meer dan 100 Ã×m zijn goedkoper. Kleine toevoegingen of nauwere samenstellingsbereiken verhogen de kosten.

V: CoCrFeNi HEA-poeder wordt geproduceerd via gasatomisatie.

A: Vergruizen met gas en water zijn de belangrijkste productiemethoden. Het poeder kan ook worden verkregen door het mechanisch legeren of cryomaken van voorgesmeed staafmateriaal.

Q: Wat zijn enkele voorbeeldtoepassingen van CoCrFeNi-poeder?

A: Voornaamste toepassingsgebieden zijn additieve vervaardiging van gereedschappen en ruimtevaartonderdelen, thermisch gespoten coatings voor slijt-/corrosieweerstand, legeringontwikkeling, metaalspuitgieten van auto-onderdelen en poedermetallurgie van hoogpresterende componenten.

Q: Wat zijn de belangrijkste eigenschappen van CoCrFeNi HEA poeder?

A: Het vertoont een buitengewone combinatie van hoge sterkte, hardheid, ductiliteit, breukvastheid, thermische stabiliteit en corrosiebestendigheid in vergelijking met conventionele legeringen.

V: Welke beperkingen kent kobalt-chroom-ijzer-nikkelpoeder?

A: Enkele nadelen zijn: hoge kosten voor basismaterialen, uitdagingen bij het beheersen van de microstructuur tijdens het verwerken, beperkte gegevens over prestaties op lange termijn en verminderde lasbaarheid in vergelijking met staal.

V: Hoe verhoudt CoCrFeNi-poeder zich tot gereedschapsstaal en roestvrij staal?

A: Het heeft veel meer sterkte en hardheid dan roestvrij staal, maar het is minder bewerkelijk. Vergeleken met gereedschapsstaal biedt het een betere scheurbestendigheid en rekbaarheid.

Q: Is CoCrFeNi geschikt voor cryogene toepassingen?

A: Ja, het behoudt een goede buigzaamheid en taaiheid bij temperaturen onder nul, terwijl conventionele legeringen bros worden. Dat maakt het handig voor cryogene apparatuur.

V: Kan de samenstelling van CoCrFeNi poeder op maat gemaakt worden?

A: Ja, leveranciers kunnen aangepaste elementaire verhoudingen leveren die verder gaan dan de equiatome samenstelling. Veelvoorkomende aanpassingen zijn toevoegingen van 1-2 at.% Mn of Co om de eigenschappen op maat te maken.