CoCrFeNi prášek

Přehled prášku CoCrFeNi

Prášek CoCrFeNi, známý také jako prášek CoCrFeNiMn nebo prášek slitiny s vysokou entropií (HEA), označuje materiál složený z prvků kobaltu, chromu, železa a niklu v poměru blízkém rovnoměrnému. Tato nová prášková slitina vykazuje ve srovnání s běžnými slitinami výjimečné vlastnosti a vzbudila značný zájem o různé aplikace.

Mezi hlavní vlastnosti prášku CoCrFeNi patří:

• Vysoká konfigurační entropie, která vede k mimořádné pevnosti, tvrdosti, tepelné stabilitě a odolnosti proti korozi.
• Mikrostruktura jedné fáze FCC v pevné fázi
• Vynikající kombinace pevnosti a tažnosti
• Vysoká lomová houževnatost
• Dobrá obrobitelnost a tvářitelnost
• Odolnost proti měknutí při zvýšených teplotách
• Možnost přizpůsobení pomocí drobných přídavků prvků, jako je mangan.

Jedinečná neuspořádanost atomárního uspořádání CoCrFeNi propůjčuje vynikající mechanické vlastnosti. Téměř rovnoměrná koncentrace hlavních prvků brání pohybu dislokací a zvyšuje tvrdost. Vícefázová struktura zajišťuje zpevnění pevného roztoku prostřednictvím mřížkových deformačních efektů.

Složení prášku CoCrFeNi

Složení prášku CoCrFeNi HEA může být přizpůsobeno, ale obecně se skládá z:

Živel	Typický rozsah složení
Kobalt (Co)	20-35 at.%
Chrom (Cr)	20-35 at.%
železo (Fe)	20-35 at.%
nikl (Ni)	20-35 at.%

Ekviatomický poměr poskytuje maximální konfigurační entropii, ale drobné odchylky nemají na vlastnosti významný vliv. Přídavky 1-2 at.% manganu jsou běžné pro další zlepšení vlastností díky zjemnění zrn a posílení srážek.

Vlastnosti prášku CoCrFeNi

Prášek slitiny CoCrFeNi vykazuje jedinečnou kombinaci vynikajících vlastností:

Vlastnictví	Hodnoty
Hustota	7,5-8,3 g/cm3
Bod tání	>1200°C
Mikrotvrdost	2,5-4 GPa
Maximální pevnost v tahu	500-1300 MPa
Mez kluzu	200-1100 MPa
Prodloužení	10-60%
Youngův modul	150-250 GPa
Modul ve smyku	65-85 GPa
Poissonův poměr	0.21-0.33
Lomová houževnatost	>100 MPa√m
Tepelná vodivost	10-30 W/mK
Elektrický odpor	70-100 nΩm
Odolnost proti korozi	Vynikající v různých prostředích

Vysoká tvrdost je důsledkem zpevnění pevným roztokem, zatímco struktura FCC zajišťuje dobrou tažnost. Vlastnosti lze přizpůsobit úpravou složení a zpracováním.

Charakteristiky prášku CoCrFeNi

Mezi hlavní vlastnosti prášku slitiny CoCrFeNi patří:

• Jednofázová struktura FCC bez intermetalických fází
• Žíhání dvojčat a přítomnost stohovacích poruch
• Rovnoměrná morfologie prášku s dobrou tekutostí
• Rozložení velikosti prášku v rozmezí 15-150 μm
• Vysoká čistota s nízkým obsahem kyslíku
• Kulovitý tvar prášku a hladký povrch
• Přizpůsobitelná velikost, tvar a složení prášku

Prášek vykazuje vysokou chemickou homogenitu s rovnoměrným rozložením legujících prvků. Sférická morfologie zajišťuje dobré vlastnosti balení a toku.

Aplikace prášku CoCrFeNi

Díky výjimečné kombinaci pevnosti, houževnatosti a zpracovatelnosti je prášek CoCrFeNi vhodný pro:

Aditivní výroba: Vynikající tisknutelnost díky dobrým tokovým a tavným vlastnostem. Používá se pro letecký průmysl, nástroje a biomedicínské implantáty.

Tepelně stříkané nátěry: Odolnost proti opotřebení, korozi a tepelnému měknutí. Povlaky pro mechanické, námořní a chemické aplikace.

Vývoj slitin: Základní materiál pro nové slitiny s vysokou entropií s přídavky Al, Ti atd.

Vstřikování kovů: Díly s vysokou tuhostí a dobrou rozměrovou stabilitou pro letecký a automobilový průmysl.

Prášková metalurgie: Vysoce výkonné díly z P/M s vyváženou pevností a tažností.

Kryogenní aplikace: Zachování tažnosti a houževnatosti při teplotách pod bodem mrazu.

Specifikace CoCrFeNi prášku

Prášek slitiny CoCrFeNi je k dispozici v různých rozměrových řadách, složeních a formách:

Parametr	Varianty
Rozsah velikostí	15-25 μm, 25-45 μm, 45-75 μm, 75-105 μm, 105-150 μm
Složení	Equiatomic, vlastní poměry prvků
Tvar prášku	Sférické, nepravidelné
Způsob výroby	Rozprašování plyn/voda, mechanické legování
Dodací formulář	Sypký prášek, slinuté předlisky

Pro tepelné stříkání a vstřikování kovů se upřednostňují větší velikosti prášku 45-150 μm. Jemnější velikosti 15-45 μm se používají pro aditivní výrobu. Prášky lze upravit podle tvaru, velikosti, obsahu kyslíku a tekutosti.

Dodavatelé CoCrFeNi prášku

Mezi přední světové dodavatele práškové slitiny CoCrFeNi s vysokou entropií patří:

Společnost	Výrobní kapacita	Umístění
Sandvik	200 tun ročně	Švédsko
Praxair	150 tun ročně	USA
Hoganas	100 tun ročně	Švédsko
Prášek CNPC	50 tun ročně	Čína
Carpenter Technologies	40 tun ročně	USA

Prášky se obvykle vyrábějí metodami rozprašování plynem nebo vodou. Od těchto dodavatelů lze získat prášky s vlastním složením a velikostí.

Stanovení cen

Velikost prášku	Cenové rozpětí
15-45 mikronů	$150-200 za kg
45-105 mikronů	$100-150 za kg
105-150+ mikronů	$80-120 za kg

Větší velikosti prášku jsou levnější díky vyšší výrobní rychlosti při atomizaci. Cena zakázkových slitin a složení je vyšší. Ceny prášků klesají v důsledku rostoucí konkurence na trhu a kapacit.

Výhody a nevýhody prášku CoCrFeNi

Výhody	Omezení
Vynikající pevnost a tvrdost	Vysoké materiálové náklady kvůli Co a Ni
Vynikající tažnost a houževnatost	Omezené údaje o dlouhodobé výkonnosti
Dobrá vyrobitelnost pomocí AM, MIM, PM	Zpracovatelské výzvy s mikrostrukturní kontrolou
Tepelná a mikrostrukturní stabilita	Složení musí být přesně kontrolováno
Vysoká odolnost proti korozi a opotřebení	Nižší zpracovatelnost než u běžných slitin
Zachovává pevnost při zvýšených teplotách	Často vyžaduje následné zpracování HIP

Prášek CoCrFeNi HEA umožňuje vyrábět součásti s bezkonkurenčními kombinacemi vlastností. Náklady na materiál a zpracování jsou však vysoké. Mikrostruktura a vlastnosti silně závisí na přesné kontrole složení.

Srovnání s alternativami

Vs. Prášky z nerezové oceli

• Vyšší pevnost a tvrdost
• Vynikající odolnost proti opotřebení a korozi
• Dražší náklady na základní materiál
• Nižší zpracovatelnost a svařitelnost

Vs. Prášky z nástrojové oceli

• Lepší tažnost a lomová houževnatost
• Nižší pevnost při vysokých teplotách
• Méně zavedené metody zpracování
• Omezená dostupnost velikostí a variant z lehkých slitin

Vs. Prášky ze superslitin Inconelu

• Srovnatelná pevnost při vysokých teplotách
• Levnější materiál
• Kratší historie výkonnosti
• Omezená mikrostrukturní stabilita při velmi vysokých teplotách

Nejčastější dotazy

Otázka: Co je to prášková slitina s vysokou entropií (HEA)?

Odpověď: Prášek HEA obsahuje více hlavních prvků v poměru blízkém rovnoměrnému rozložení, které zajišťují výjimečné vlastnosti pevnosti, tažnosti a stability. Prášek CoCrFeNi je předním HEA.

Otázka: Jaké jsou typické velikosti prášku CoCrFeNi?

O: Běžně se používají rozsahy velikostí 15-45 μm pro AM, 45-105 μm pro tepelné stříkání a 105-150 μm pro MIM a další aplikace. Jemnější a hrubší velikosti lze upravit na míru.

Otázka: Co ovlivňuje cenu prášku slitiny CoCrFeNi?

Odpověď: Cenu určuje velikost prášku, složení, čistota, způsob výroby a objednané množství. Větší velikosti nad 100 μm stojí méně. Drobné příměsi nebo užší rozmezí složení zvyšují cenu.

Otázka: Jak se vyrábí prášek CoCrFeNi HEA?

Odpověď: Hlavní výrobní metody jsou rozprašování plynem a rozprašování vodou. Prášek lze také vyrobit mechanickým legováním nebo kryomletím předlegovaných ingotů.

Otázka: Jaké jsou příklady použití prášku CoCrFeNi?

Odpověď: Mezi hlavní způsoby použití patří aditivní výroba nástrojů a leteckých součástí, tepelné nástřiky pro zvýšení odolnosti proti opotřebení/korozím, vývoj slitin, vstřikování kovů do automobilových dílů a prášková metalurgie vysoce výkonných součástí.

Otázka: Jaké jsou klíčové vlastnosti prášku CoCrFeNi HEA?

Odpověď: Ve srovnání s běžnými slitinami vykazuje výjimečnou kombinaci vysoké pevnosti, tvrdosti, tažnosti, lomové houževnatosti, tepelné stability a odolnosti proti korozi.

Otázka: Jaká jsou omezení prášku CoCrFeNi?

Odpověď: Nevýhodou jsou vysoké náklady na základní materiál, náročnost zpracování při kontrole mikrostruktury, omezené údaje o dlouhodobé výkonnosti a snížená svařitelnost ve srovnání s ocelí.

Otázka: Jaký je prášek CoCrFeNi ve srovnání s nástrojovými a nerezovými ocelemi?

Odpověď: Má výrazně vyšší pevnost a tvrdost, ale nižší zpracovatelnost než nerezové oceli. Ve srovnání s nástrojovými ocelemi poskytuje vyšší lomovou houževnatost a tažnost.

Otázka: Je CoCrFeNi vhodný pro kryogenní aplikace?

Odpověď: Ano, při teplotách pod bodem mrazu si zachovává dobrou tažnost a houževnatost, zatímco běžné slitiny křehnou. To ji činí užitečnou pro kryogenní zařízení.

Otázka: Lze složení prášku CoCrFeNi přizpůsobit?

Odpověď: Ano, dodavatelé mohou poskytnout vlastní poměry prvků nad rámec ekviatomického složení. Obvyklé úpravy jsou 1-2 at.% přídavků Mn nebo Co pro přizpůsobení vlastností.