ผง CoCrFeNi

ภาพรวมของผง CoCrFeNi

ผง CoCrFeNi หรือที่รู้จักในชื่อผง CoCrFeNiMn หรือผงโลหะผสมเอนโทรปีสูง (HEA) คือวัสดุที่ประกอบด้วยธาตุโคบอลต์ โครเมียม เหล็ก และนิกเกิลในอัตราส่วนเกือบเท่ากัน ผงโลหะผสมใหม่นี้แสดงให้เห็นคุณสมบัติที่โดดเด่นกว่าโลหะผสมทั่วไปและได้รับความสนใจอย่างมากสำหรับการใช้งานต่างๆ

ลักษณะสำคัญบางประการของผง CoCrFeNi ประกอบด้วย:

• เอนโทรปีการกำหนดค่าสูงที่นำไปสู่ความแข็งแรง ความแข็ง ความเสถียรต่อความร้อน และความต้านทานการกัดกร่อนที่โดดเด่น
• โครงสร้างจุลภาคของเฟส FCC โซลิดโซลูชันเดี่ยว
• การรวมกันของความแข็งแรงและความเหนียวยืดหยุ่นที่ยอดเยี่ยม
• ความเหนียวที่หักสูง
• ความสามารถในการเคลือบและการเป็นรูปได้ดี
• ความต้านทานต่อการอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูง
• จะปรับเปลี่ยนได้ด้วยการเพิ่มธาตุต่างๆ เล็กน้อย เช่นแมงกานีสเข้าไป

ความผิดปกติที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัวในโครงสร้างอะตอมของ CoCrFeNi ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเชิงกลอย่างเหนือชั้น ความเข้มข้นขององค์ประกอบหลักที่ใกล้เคียงกันจำกัดการเคลื่อนที่ของความคลาดเคลื่อน ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็ง โครงสร้างหลายเฟสช่วยเพิ่มความแข็งแรงของสารละลายที่เป็นของแข็งผ่านผลของความเครียดของโครงผลึก

องค์ประกอบของผง CoCrFeNi

สามารถออกแบบส่วนผสมของผง CoCrFeNi HEA ได้ แต่โดยทั่วไปประกอบด้วย:

องค์ประกอบ	ช่วงขององค์ประกอบทั่วไป
โคบอลต์ (Co)	20-35 at.%
โครเมียม (Cr)	20-35 at.%
เหล็ก (Fe)	20-35 at.%
นิกเกิล (Ni)	20-35 at.%

ส่วนผสมเชิงปริมาณมอบเอนโทรปีเชิงการกำหนดค่าสูงสุด แต่ส่วนเบี่ยงเบนเล็กน้อยไม่ส่งผลต่อคุณสมบัติในทางลบที่สำคัญ การเพิ่มแมงกานีส 1-2 at.% เป็นเรื่องปกติธรรมดาเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติต่าง ๆ เพิ่มเติมผ่านการกลั่นเมล็ดและการเพิ่มความแข็งแรงด้วยการตกตะกอน

คุณสมบัติของผง CoCrFeNi

ผงโลหะผสม CoCrFeNi แสดงให้เห็นถึงชุดคุณสมบัติที่โดดเด่นที่ไม่เหมือนใคร:

ทรัพย์สิน	ค่านิยม
ความหนาแน่น	7.5-8.3 g/ซม³.
จุดหลอมเหลว	>1200 ¡«C
ความแข็งด้วยกล้องจุลทรรศน์	2.5-4 GPa
ความแข็งแรงดึงสูงสุด	500-1300 MPa
จุดคราก	200-1,100 MPa
การยืด	10-60%
โมดุลัสหนุ่ม	150-250 GPa
โมดูลัสเฉือน	65-85 GPa
อัตราส่วนปัวซอง	0.21-0.33
ความเหนียวหัก	>100 MPa©|m
การนำความร้อน	10-30 W/mK
ความต้านทานไฟฟ้า	70-100 นาที
ความต้านทานการกัดกร่อน	ยอดเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย

ความแข็งที่สูงเกิดจากการเสริมความแข็งของสารละลายในขณะที่โครงสร้าง FCC ช่วยให้มีความยืดหยุ่นได้ดี คุณสมบัตินี้สามารถกำหนดค่าให้เหมาะสมผ่านการปรับส่วนประกอบและการประมวลผล

ลักษณะของผง CoCrFeNi

คุณสมบัติบางประการของผงโลหะผสม CoCrFeNi ได้แก่:

• โครงสร้างผลึก FCC เฟสเดียวที่ไม่มีเฟสอินเตอร์เมทัลลิก
• มีการพบแฝดจำลองแบบ Annealing และข้อผิดพลาดของการซ้อน
• ผงรูปร่างเท่ากัน มีความลื่นไหลดี
• ขนาดการกระจายของผงตั้งแต่ 15-150 Ã×m
• ความบริสุทธิ์สูงออกซิเจนต่ำ
• ลักษณะเม็ดผงกลม และผิวเรียบ
• สามารถปรับขนาด รูปร่าง และส่วนประกอบของผงได้

ผงมีสมบัติทางเคมีที่เป็นเนื้อเดียวกันสูงโดยมีการกระจายของธาตุผสมที่สม่ำเสมอ ลักษณะทางสัณฐานวิทยาแบบทรงกลมทำให้การอัดแน่นและการไหลมีลักษณะที่ดี

การประยุกต์ใช้ผง CoCrFeNi

ส่วนผสมที่โดดเด่นของความแข็ง ความเหนียว และการแปรรูปของผง CoCrFeNi ทำให้เหมาะสำหรับ:

การผลิตเติมวัสดุ: มีความสามารถในการพิมพ์ที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากการไหลและลักษณะการหลอมเหลวที่ดี ใช้สำหรับอวกาศ เครื่องมือ และการปลูกถ่ายทางการแพทย์

เคลือบพ่นความร้อน: ทนทานต่อการสึกหรอ การกัดกร่อน และการอ่อนตัวเนื่องจากความร้อน สารเคลือบสำหรับการใช้งานด้านกลไก ทางทะเล และสารเคมี

การพัฒนาโลหะผสม: วัสดุพื้นฐานสำหรับโลหะผสมเอนโทรปีสูงชนิดใหม่พร้อมการเพิ่มอะลูมิเนียม ไทเทเนียม เป็นต้น

การขึ้นรูปโลหะด้วยการฉีดขึ้นรูป: ชิ้นส่วนที่มีความตึงสูงที่มีเสถียรภาพมิติเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมการบินและยานยนต์

ธาตุผงโลหะ: ชิ้นส่วน P/M ประสิทธิภาพสูง ที่มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นที่สมดุล

การประยุกต์ใช้ความเย็นจัด: คงความเหนียวและความแข็งแรงที่อุณหภูมิติดลบ

ข้อมูลจำเพาะของผง CoCrFeNi

ผงโลหะผสม CoCrFeNi มีให้เลือกหลากหลายขนาด องค์ประกอบ และรูปแบบ:

พารามิเตอร์	ตัวแปร
ช่วงขนาด	15-25 ไมครอน, 25-45 ไมครอน, 45-75 ไมครอน, 75-105 ไมครอน, 105-150 ไมครอน
องค์ประกอบ	อัตราส่วนธาตุแบบกำหนดเอง เท่ากันทุกอะตอม
รูปแบบผง	ทรงกลม, รูปร่างไม่สมมาตร
วิธีการผลิต	กระบวนการอะตอมไนซ์ด้วยแก๊ส/น้ำ การหลอมรวมเชิงกล
แบบฟอร์มจัดหา	ผงหลวม, รูปทรงถูกเผาผนึก

สำหรับการพ่นความร้อนและการฉีดขึ้นรูปของโลหะ ควรเลือกขนาดผงที่ใหญ่กว่าคือ 45-150 Ã×m ส่วนผงที่มีขนาดเล็กกว่าคือ 15-45 Ã×m ใช้สำหรับการผลิตแบบเติมวัสดุ ผงสามารถปรับแต่งรูปร่าง ขนาด ปริมาณออกซิเจน และความลื่นไหลได้

ผู้จำหน่ายผง CoCrFeNi

ซัพพลายเออร์ชั้นนำระดับโลกบางส่วนของผงโลหะผสมเอนโทรปีสูง CoCrFeNi ได้แก่:

บริษัท	กำลังการผลิต	ที่ตั้ง
แชนด์วิค	200 ตันต่อปี	สวีเดน
Praxair	150 ตันต่อปี	สหรัฐอเมริกา
Hoganas	100 ตันต่อปี	สวีเดน
ผง CNPC	50 ตันต่อปี	ประเทศจีน
Carpenter Technologies	40 ตันต่อปี	สหรัฐอเมริกา

โดยทั่วไปผงจะผลิตโดยใช้แก๊สหรือวิธีการละลายน้ำ ผู้จำหน่ายเหล่านี้สามารถจัดหาองค์ประกอบและขนาดผงที่กำหนดเองได้

ราคา

ขนาดผง	ช่วงราคา
15-45 ไมครอน	150-200 บาทต่อกิโลกรัม
45-105 ไมครอน	100-150 บาทต่อกิโลกรัม
105-150+ ไมครอน	$80-120 ต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัม

ขนาดผงที่ใหญ่กว่านั้นจะมีราคาถูกกว่าเนื่องจากอัตราการผลิตในกระบวนการอะตอมมีเซชั่นสูงกว่า ราคาของโลหะผสมแบบกำหนดเองและส่วนประกอบนั้นแพงกว่า ราคาผงได้ลดลงเนื่องจากการแข่งขันและกำลังการผลิตในตลาดที่เพิ่มขึ้น

ข้อดีข้อเสียของผง CoCrFeNi

ข้อได้เปรียบ	ข้อจำกัด
ความแข็งแกร่งและความแข็งที่โดดเด่น	ต้นทุนวัสดุสูงเนื่องจาก Co และ Ni
เหนียวและทนทานดีเยี่ยม	ข้อมูลที่ไม่เพียงพอเกี่ยวกับผลการดำเนินงานในระยะยาว
สามารถผลิตโดย AM, MIM, PM	ประมวลความท้าทายด้วยการควบคุมโครงสร้างจุลภาค
เสถียรภาพทางความร้อนและจุลโครงสร้าง	องค์ประกอบจะต้องควบคุมอย่างถูกต้อง
ทนทานต่อการกัดกร่อนและการสึกหรอได้ดี	ความสามารถในการขึ้นรูปต่ำกว่าโลหะผสมทั่วไป
รักษาความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง	มักต้องใช้ HIP หลังการประมวลผล

ผง CoCrFeNi HEA ช่วยให้ส่วนประกอบมีการรวมกันของสมบัติที่ไม่มีใครเทียบได้ อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายด้านวัสดุและการแปรรูปก็สูงเช่นกัน โครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติขึ้นอยู่กับการควบคุมองค์ประกอบอย่างแม่นยำเป็นอย่างมาก

เปรียบเทียบกับทางเลือกอื่นๆ

Vs. ผงโลหะสแตนเลส

• ความแข็งแกร่งและความแข็งกว่า
• ทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อนได้ดีมาก
• ราคาต้นทุนวัสดุฐานแพงกว่า
• มีความสามารถในการขึ้นรูปและการเชื่อมต่ำ

กับผงเหล็ก

• มีดัดงอและความเหนียวสูง
• ความแข็งแรงต่ออุณหภูมิสูงที่ต่ำกว่า
• วิธีการประมวลผลที่ยังไม่เป็นที่ยอมรับมากนัก
• มีขนาดและตัวเลือกโลหะผสมที่จำกัด

เทียบกับผง Inconel Superalloy

• ความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงเทียบแล้ว
• วัสดุที่มีต้นทุนต่ำกว่า
• ประวัติด้านประสิทธิภาพในช่วงเวลาสั้นลง
• ความเสถียรของโครงสร้างจุลภาคที่จำกัดที่อุณหภูมิสูงมาก

คำถามที่พบบ่อย

Q: ผงโลหะผสมเอนโทรปีสูง (HEA) คืออะไร?

A: ผง HEA มีธาตุหลักหลายชนิดในอัตราส่วนใกล้เคียงกับอะตอมที่เท่ากันเพื่อสร้างคุณสมบัติที่โดดเด่นในเรื่องความแข็งแรง ความเหนียว และความเสถียร ผง CoCrFeNi เป็น HEA ชั้นนำ

ถาม: ขนาดทั่วไปของผง CoCrFeNi มีขนาดเท่าใด

A: ช่วงขนาดที่พบได้ทั่วไปคือ 15-45 Ã×m สำหรับ AM, 45-100 Ã×m สำหรับการเคลือบด้วยความร้อน และ 105-150 Ã×m สำหรับ MIM และแอปพลิเคชันอื่นๆ สามารถปรับเปลี่ยนขนาดให้ละเอียดหรือหยาบกว่านี้ได้

ถาม: อะไรมีผลต่อราคาผงโลหะผสม CoCrFeNi

ก: ขนาดผง ส่วนประกอบ ความบริสุทธิ์ วิธีการผลิต และปริมาณการสั่งซื้อจะเป็นตัวกำหนดราคา ขนาดใหญ่กว่า 100 Ã×m จะมีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า ส่วนผสมเล็กน้อยหรือช่วงองค์ประกอบที่แน่นหนาขึ้นจะเพิ่มต้นทุน

ถาม: ผง CoCrFeNi HEA ผลิตอย่างไร

A: การทำให้เป็นอะตอมแก๊สและการทำให้เป็นอะตอมน้ำเป็นวิธีการผลิตหลัก ผงยังสามารถผลิตได้โดยโลหะผสมเชิงกลหรือการบดด้วยความเย็นของแท่งโลหะผสม

ถาม: ตัวอย่างแอปพลิเคชันของผง CoCrFeNi คืออะไร

A: การใช้ประโยชน์ที่สำคัญคือการผลิตเครื่องมือและชิ้นส่วนการบินยานด้วยการผลิตแบบเติมแต่งการเคลือบแบบพ่นความร้อนเพื่อความต้านทานการสึกหรอ / การกัดกร่อน การพัฒนาโลหะผสม การฉีดขึ้นรูปโลหะของชิ้นส่วนยานยนต์ และการขึ้นรูปผงโลหะของชิ้นส่วนประสิทธิภาพสูง

Q: อะไรคือคุณสมบัติหลักของผง CoCrFeNi HEA

A: เปรียบเทียบกับโลหะผสมแบบเดิม โลหะผสมแบบนี้จะแสดงการผสมผสานที่ยอดเยี่ยมของความแข็งแรงที่สูง ความแข็ง เหนียว ทนการแตกร้าว ความเสถียรทางความร้อน และทนต่อการกัดกร่อน

Q: ข้อจำกัดของผง CoCrFeNi มีอะไรบ้าง

A: ต้นทุนวัสดุสูง, มีความท้าทายในการประมวลผลเพื่อควบคุมโครงสร้างจุลภาค, ข้อมูลประสิทธิภาพระยะยาวจำกัด, การเชื่อมที่ลดลงเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเป็นข้อเสียประการหนึ่ง

ถาม: ผง CoCrFeNi เปรียบเทียบอย่างไรกับเหล็กสำหรับเครื่องมือและเหล็กกล้าไร้สนิม

A: มันมีความแข็งแรงและความแข็งดียิ่งกว่า แต่มีกระบวนการได้ยากกว่าเหล็กกล้าไร้สนิม เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเครื่องมือ มันสามารถให้ความเหนียวและความสามารถในการยืดตัวที่เหนือกว่า

ถาม: CoCrFeNi เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีอุณหภูมิเยือกแข็งหรือไม่?

A: ใช่ เหล็กนี้สามารถคงไว้ซึ่งความเหนียวและความยืดหยุ่นได้ดีในอุณหภูมิติดลบได้ ในขณะที่เหล็กกล้าแบบดั้งเดิมจะเปราะมาก เหล็กนี้จึงมีประโยชน์มากในอุปกรณ์ที่ต้องสัมผัสกับความเย็นจัด

ถาม: สามารถปรับแต่งส่วนผสมของผง CoCrFeNi ได้หรือไม่

A: ใช่ ผู้จัดจำหน่ายสามารถจัดหาอัตราส่วนธาตุแบบกำหนดเองที่มากกว่าองค์ประกอบแบบเท่าโมลได้ การปรับแต่งทั่วไปคือการเติม Mn หรือ Co 1-2 at.% เพื่อปรับแต่งคุณสมบัติ