Proszek CoCrMoW

Przegląd sproszkowanego CoCrMoW

Proszek CoCrMoWy to stop kobaltu, chromu, molibdenu i wolframu stosowany przede wszystkim do produkcji ortopedycznych implantów stawu. Dodatek wolframu jeszcze bardziej zwiększa wytrzymałość, odporność na zużycie i twardość w porównaniu do stopów CoCrMo.

Kluczowe właściwości i zalety proszku CoCrMoW to:

Właściwości i charakterystyka proszku CoCrMoW

Właściwości	Szczegóły
Kompozycja	Stop Co-Cr-Mo-W
Gęstość	9,2 g/cm³
Kształt cząstki	Kulisty
Zakres rozmiarów	15-45 mikronów
Gęstość Nasypowa	Do 60% rzeczywistej gęstości
Płynność	Dobrze
Odporność przeciwkorozyjna	Doskonały dzięki warstwie tlenku chromu
biokompatybilność	Wysoka, nadająca się do implantów
Odporność na zużycie	Bardzo dobry od W i Cr
Siła	Bardzo wysokie od umacniania roztworem stałym

Dzięki wyjątkowemu połączeniu biozgodności, dużej twardości, wytrzymałości i odporności na odkształcenia plastyczne CoCrMoW umożliwia wytwarzanie wysokowydajnych implantów ortopedycznych przy użyciu druku 3D lub metalowego formowania wtryskowego.

Skład proszku CoCrMoW

Skład proszku CoCrMoW

Element	Waga %
Kobalt	Równowaga
Chrom	26-30%
Molybdän	5-7%
Wolfram	4-6%
Węgiel	<0,35%
Mangan	< 1 %
Krzem	< 1 %
Żelazo	< 1 %
Nikiel	< 1 %

• Kobalt zapewnia wytrzymałość, biozgodność, wspomaga wzmacnianie roztworu stałego.
• Chrom w odporności na utlenianie i korozję
• Molibden przyczynia się do umocnienia roztworu stałego
• Wolfram znacznie poprawia odporność na zużycie i twardość
• Inne elementy obecne jako zanieczyszczenia

Duża zawartość chromu, molibdenu i wolframu zapewnia doskonałą kombinację wytrzymałości, twardości i odporności na korozję, wymaganą dla implantów ortopedycznych.

Fizyczne właściwości proszku CoCrMoW

Fizyczne właściwości proszku CoCrMoW

Właściwości	Wartości
Gęstość	9,2 g/cm³
Temperatura topnienia	1370-1430¡«C
Opór elektryczny	96×´Î-cm
Przewodność cieplna	16 W/mK
CTE	14,5 x 10^-6 K^-1
Temperatura Curie	1160¡«C

• Wysoka gęstość w porównaniu ze stopami CoCrMo i tytanu
• Zachowuje wytrzymałość i twardość w podwyższonych temperaturach
• W miarę niska przewodność cieplna
• Powyżej temperatury Curie staje się paramagnetyczny
• Wysoka odporność na korozję elektrochemiczną (CTE) w zastosowaniach z implantami

Właściwości te pozwalają na zastosowanie w łożyskach implantów ortopedycznych, które wymagają wysokiej wytrzymałości temperaturowej, twardości i odporności na korozję.

Mechaniczne właściwości proszku CoCrMoW

Mechaniczne właściwości proszku CoCrMoW

Właściwości	Wartości
Twardość	43–52 HRC
Odporność na rozciąganie	1310-1650 MPa
Wytrzymałość graniczna	1035-1450 MPa
Wydłużenie	8-15%
Moduł sprężystości	240-310 GPa
Wytrzymałość na ściskanie	1700-2100 MPa

• Doskonałe połączenie bardzo wysokiej twardości i wytrzymałości
• Poziomy wytrzymałości przekraczają wymagania stawiane implantom łożyskowym
• Umiarkowana plastyczność w przypadku twardego materiału
• Wysoki moduł zapewnia sztywność niezbędną dla implantów
• Duża wytrzymałość zmęczeniowa zapewnia trwałość

Właściwości mechaniczne sprawiają, że proszek CoCrMoW nadaje się doskonale do produkcji wytrzymałych, odpornych na zużycie implantów ortopedycznych przy użyciu technik AM.

Zastosowania proszków CoCrMoW

Podstawowe zastosowania proszku CoCrMoW obejmują:

Zastosowania proszków CoCrMoW

Aplikacja	Przykłady
Implanty ortopedyczne	Implanty kolan, biodrowe, dentystyczne
Sprzęt medyczny	Instrumentarium chirurgiczne
Astronautyka	Komponenty silników lotniczych
Motoryzacja	Części układu wtryskowego paliwa, zawory
Przemysłowy	Narzędzia tnące, matryce, formy.

Niektóre szczególne zastosowania CoCrMoW sproszkowanego stopu:

• Powierzchnie stawowe w implantach endoprotez
• Korony ceramiczne, mosty i wkłady koronowo-korzeniowe
• Implanty szczękowo-twarzowe, płytki czaszkowe
• Turbinowe łopatki i obudowy silników samolotowych
• Zawory silnika i wtryskiwacze paliwa do samochodów
• Narzędzia do cięcia i narzędzia przemysłowe

Połączenie znakomitych właściwości mechanicznych, odporności na korozję i biokompatybilności zapewnia maksymalną wydajność do wymagających zastosowań.

Specyfikacja proszku CoCrMoW

Kluczowe normy dla proszku CoCrMoW:

Standardy proszków CoCrMoW

Standard	Opis
ASTM F75	Norma dla stopów CoCrMo dla implantów chirurgicznych
ASTM F1537	Deformowana stop z CoCrMoNi do zastosowań dentystycznych
ASTM F3001	Specyfikacja dla wytwarzania addytywnego implantów medycznych z wykorzystaniem technologii proszkowego łoża fuzyjnego
ISO 5832-4	Stop przeznaczony do implantów chirurgicznych z CoCrMoNi

Norma ta określa:

• Ograniczenia składu, zanieczyszczenia
• Minimalne wymagania dotyczące właściwości mechanicznych
• Metoda produkcji – atomizacja w osłonie gazu obojętnego
• Dopuszczalny rozkład wielkości cząstek
• Protokóły testowe dla zapewnienia jakości
• Wymagania dotyczące charakterystyki proszku

Zgodność ze standardami zapewnia przydatność do zastosowań w implantach ortopedycznych o krytycznym znaczeniu.

Wielkość cząsteczek proszku CoCrMoW

Rozkład wielkości cząstek sproszkowanego stopu CoCrMoW

Wielkość cząstek	Charakterystica
15-25 mikronów	Używane do laserowego topienia proszków (LPBF)
25-45 mikronów	Wykorzystywana w drukowaniu wiązką spoiwa i DMLS
10-45 mikronów	Zastosowany w metalowym formowaniu wtryskowym

• Drobniejszy proszek zapewnia wyższą rozdzielczość i gładkość powierzchni przy produkcji przyrostowej
• Grubszy proszek ma lepszą zdolność płynięcia do obróbki proszku
• Zrównoważony rozkład gradacji opracowany pod kątem każdej metody produkcji
• Ścisła kontrola nad rozkładem wielkości drobin została zachowana

Kontrolowanie rozmiaru i morfologii cząstek umożliwia uzyskanie dużej gęstości upakowania i optymalnego spiekania.

Gęstość objętościowa proszku CoCrMoW

Gęstość objętościowa proszku CoCrMoW

Gęstość Nasypowa	Charakterystica
Do 60% rzeczywistej gęstości	Do kulistych kulek aerodynamicznych
Zasięg 4,5-5,5 g/cm³	Z powodu pustych przestrzeni pomiędzy cząsteczkami

• Większa gęstość pozorna poprawia przepływ i ściśliwość proszku
• Kształt sferycznego proszku zapewnia większą gęstość upakowania
• Wartości do 65% są możliwe przy optymalnie wybranym proszku

Wyższa gęstość pozorna przekłada się na wyższą produktywność w produkcji i lepszą jakość części.

Metoda produkcji proszku CoCrMoW

Produkcja proszku CoCrMoW

Metoda	Szczegóły
Atomizacja gazu	Pod wysokim ciśnieniem strumień stopionego stopu pod wpływem gazu obojętnego rozpada się na drobne kropelki
Topienie próżniowe indukcyjne	Wysokiej czystości materiały wyjściowe topione w próżni
Wielokrotne przetapianie	Poprawia chemiczną jednorodność
Sitaniem	Klasyfikuje proszek na różne frakcje o różnej wielkości cząstek
Mieszanie	Ułamki proszkowe mieszane w celu dostosowania rozkładu cząstek

• Atomizacja za pomocą gazu wytwarza drobną, kulistą morfologię proszku
• Topienie w próżni zmniejsza ilość zanieczyszczeń, takich jak tlen i azot
• Wielokrotne przetapianie poprawia jednorodność składu
• Post-processing umożliwia precyzyjną kontrolę rozkładu wielkości cząstek

W pełni zautomatyzowana produkcja i ścisła kontrola procesu zapewniają niezawodne właściwości oraz zgodność kolejnych partii proszku.

Cena proszku CoCrMoW

Cena proszku CoCrMoW

Czynnik	Wpływ
Granulacja proszku	Cena rośnie wraz ze wzrostem czystości
Wielkość cząstek	Ultradźwiękowe — droższe
Ilość zamówienia	Ceny spadają przy zamówieniach hurtowych
Właściwości proszku	Wyższa pozorana gęstość kosztuje więcej
Opakowanie	Wypełnione argonem pojemniki podwyższają cenę
Wymagania dotyczące testowania	Surowsze testy generują większe koszty
Czas realizacji	Krótszy czas dostawy zwiększa koszty

Orientacyjna cena

• CoCrMoW do zastosowań medycznych: 120-180 USD za kg
• CoCrMoW do zastosowań przemysłowych: 80-120 zł/kg

Znacznie niższe ceny obowiązują przy zamówieniach hurtowych przekraczających kilkaset kilogramów.

Dostawcy proszku CoCrMoW

Dostawcy proszku CoCrMoW

Firma	Lokalizacja
Carpenter Additive	USA
Sandvik Osprey	Wielka Brytania
Hoganas	Szwecja
Praxair	USA
AP&C	Kanada
Erasteel	Francja

Kluczowe czynniki selekcji:

• Zakres gatunków proszku i wielkości cząstek
• Pojemność produkcyjna i terminy realizacji
• Jakość i jednorodność proszku
• Zgodność ze standardami medycznymi
• Cennik i minimalne wolumeny zamówień
• Procesy inspekcji, testowania i zapewnienia jakości

Obsługa i bezpieczeństwo związane z proszkiem CoCrMoW

Roczna obróbka proszku CoCrMoW

Rekomendacja	Powód
Nie wdychaj	Aby zapobiec uszkodzeniu tkanki płuc z powodu drobnych cząsteczek
Używaj maski ochronnej i rękawiczek	Zapobiegaj przypadkowemu połknięciu lub włożeniu do nosa / ust
Używaj w dobrze wentylowanych pomieszczeniach	Zmniejsz krążenie cząstek przenoszonych drogą powietrzną
Stosuj odpowiednią odzież ochronną	Minimalizuj kontakt ze skórą
Upewnij się, że w pobliżu nie ma źródeł zapłonu	Proszek może ulegać spaleniu w atmosferze tlenowej
Stosuj się do protokołów antystatycznych	Unikaj zapłonu spowodowanego wyładowaniem elektrostatycznym podczas obsługi
Używaj narzędzi nieiskrzących	Unikaj możliwych źródeł zapłonu
Przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach w chłodnym, suchym miejscu	Zapobiegaj zanieczyszczeniom i utlenianiu

Mimo że proszek CoCrMoW jest stosunkowo obojętny, należy zachować zalecane środki ostrożności w celu zapewnienia bezpieczeństwa obsługi i przetwarzania.

Kontrola i testy proszków CoCrMoW

Testowanie proszku CoCrMoW

Test	Szczegóły
Analiza chemiczna	Spektroskopia ICP stosowana do weryfikacji składu
Analiza wielkości cząstek	Określa rozkład wielkości cząstek
Gęstość Nasypowa	Zmierzono za pomocą przepływomierza Halla zgodnie z normą ASTM B212
Morfologia proszku	Analiza obrazowa za pomocą SEM w celu sprawdzenia kształtu cząsteczek
Badanie przepływu	Określa płynność za pomocą lejka standaryzowanego
Badanie gęstości usypywanej	Gęstość mierzona po mechanicznym wstrząsaniu próbką proszku

Surowe testy zapewniają zgodność ze specyfikacjami, takimi jak ASTM F75, i spójny proszek odpowiedni do produkcji implantów ortopedycznych.

Przechowywanie i obsługa proszku CoCrMoW

Przechowywanie sproszkowanego materiału CoCrMoW

Czynnik	Efekt
Powietrze, tlen	Ryzyko utlenienia w wysokich temperaturach.
Wilgotność	Niska szybkość korozji w temperaturze pokojowej
Rozpuszczalniki organiczne	Może absorbować rozpuszczalniki i barwić proszki
Kwasy, zasady	Odporny na łagodne kwasy i zasady
Podwyższona temperatura	Zwiększona reaktywność i utlenianie na powietrzu
Zanieczyszczenie	Może wpływać na płynność i zdolność do spiekania

Rekomendacje:

• Przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach w atmosferze gazu obojętnego
• Utrzymuj temperaturę poniżej 30°C
• Unikać kontaktu z utleniającymi kwasami i chlorowanymi rozpuszczalnikami
• Otwierać pojemniki wyłącznie w kontrolowanym środowisku

Przy zachowaniu odpowiednich środków ostrożności proszek CoCrMoW wykazuje doskonałą stabilność podczas obsługi i przechowywania.

Porównanie z proszkiem CoCrMo

CoCrMoW kontra proszek CoCrMo

Parametr	CoCrMoW	CoCrMo
Gęstość	9,2 g/cm³	8,3 g/cm³
Twardość	43–52 HRC	35-45 HRC
Odporność na rozciąganie	1310-1650 MPa	1170-1510 MPa
Odporność na zużycie	Wyśmienicie	Bardzo dobre
Odporność przeciwkorozyjna	Wyśmienicie	Wyśmienicie
biokompatybilność	Wysoki	Wysoki
Koszt	Wysoki	Średnia
Zastosowania	Implanty ortopedyczne, kosmonautyka	Implanty ortopedyczne, stomatologiczne

• CoCrMoW ma znacznie twardszość i wytrzymałość
• CoCrMoW zapewnia lepszą odporność na zużycie
• Obie oferują doskonałą odporność na korozję i biozgodność
• CoCrMoW jest droższy z powodu dodatku W
• CoCrMoW preferowany wszczepów kolana, biodra; CoCrMo do stomatologii

Dodatek wolframu daje stopom CoCrMoW lepsze właściwości mechaniczne niż tradycyjnym stopom CoCrMo.

Zalety i wady CoCrMoW Proszku

Zalety proszku CoCrMoW:

• Wyjątkowa wytrzymałość, twardość i odporność na zużycie
• Wysoka biokompatybilność i odporność na korozję
• Dobre właściwości w wysokiej temperaturze
• Można przetworzyć za pomocą technik AM lub MIM
• Nadaje się do ortopedycznych zastosowań wszczepianych o obciążeniu nośnym
• Zapewnia atrakcyjny wygląd estetyczny

Ograniczenia proszku CoCrMoW:

• Droższe niż proszki ze stali CoCrMo i nierdzewnej
• Mniejsza ciągliwość i odporność na pękanie
• Wymaga atmosfery ochronnej w czasie obróbki
• Trudne do obróbki maszynowej elementy końcowe
• Ograniczona możliwość łączenia i spawalności
• Uwalnianie jonów kobaltu budzi obawy o zdrowie

Często zadawane pytania dotyczące proszków CoCrMoW

Q: Jakie są główne zastosowania proszków CoCrMoW?

A: Główne zastosowania to implanty do wymiany stawu kolanowego i biodrowego, uzupełnienia stomatologiczne, takie jak korony i mosty, implanty szczękowo-twarzowe oraz elementy lotnicze, takie jak łopatki turbin.

P: W jaki sposób dodatek wolframu poprawia właściwości stopu CoCrMo?

A: Wolfram znacznie zwiększa wytrzymałość, twardość i odporność na zużycie poprzez umacnianie roztworu stałego i tworzenie węglików sztywnych. Rezultatem jest doskonała wydajność w przypadku implantów przenoszących obciążenia.

P: Jakie środki ostrożności należy podjąć podczas pracy z proszkiem CoCrMoW?

**Zalecane środki ostrożności:** używanie masek ochronnych, rękawiczek, odzieży, obsługa w miejscach wentylowanych, unikanie źródeł zapłonu, kontrola wyładowań elektrostatycznych, używanie narzędzi nierozprzestrzeniających iskier i przechowywanie zamkniętych pojemników w chłodnym i suchym miejscu.

Q: Jakie są kluczowe różnice pomiędzy stopami CoCrMoW do zastosowań medycznych i przemysłowych?

Odp.: Gatunki medyczne mają wyższą czystość, mniej zanieczyszczeń, kontrolowany rozkład wielkości cząstek, przechodzą przez bardziej rygorystyczne testowanie i są produkowane zgodnie ze ścisłą kontrolą jakości, aby spełnić normy dla implantów biomedycznych.