CuCrZr prášek pro kovový 3D tisk

Přehled prášku CuCrZr

CuCrZr prášek je prášek ze slitiny mědi (Cu), chromu (Cr) a zirkonia (Zr). Nabízí jedinečnou kombinaci vlastností, díky nimž je vhodný pro vysoce výkonné aplikace vyžadující vysokou pevnost, dobrou vodivost a odolnost proti měknutí při zvýšených teplotách.

Složení prášku CuCrZr

CuCrZr je precipitačně kalená slitina, což znamená, že její vysoká pevnost pochází ze souvislých precipitátů vytvořených v kovové matrici. Složení hraje klíčovou roli při dosažení optimální reakce na precipitační kalení. Zde jsou uvedeny typické rozsahy složení:

Živel	Rozsah složení
měď (Cu)	Zbytek
Chrom (Cr)	0,5 - 1,2 wt%
zirkonium (Zr)	0,03 - 0,3 wt%

• Měď tvoří matrici a zajišťuje tepelnou a elektrickou vodivost.
• Chrom přispívá ke zpevnění pevného roztoku a tvoří sraženiny, které brání pohybu dislokací.
• Zirkonium tvoří s mědí koherentní sraženiny, které umožňují precipitační kalení.

Obsah chromu a zirkonia je optimalizován tak, aby se maximalizovala pevnost díky precipitačnímu kalení a zároveň se zachovala slušná vodivost.

Vlastnosti prášku CuCrZr

Prášek CuCrZr nabízí výjimečnou kombinaci pevnosti, vodivosti a tepelné odolnosti díky své precipitační tvrdosti. Zde jsou některé klíčové vlastnosti:

Vlastnictví	Hodnota
Hustota	8,8 g/cm3
Elektrická vodivost	22 - 48% IACS
Tepelná vodivost	200 - 300 W/m-K
Bod tání	1065°C
Koeficient tepelné roztažnosti	16,5 x 10-6 /°C
Elastický modul	124 GPa
Mez kluzu	350 - 650 MPa
Prodloužení	8-15%
Odolnost proti oxidaci	Dobré do 900 °C

• Má vysoká pevnost pocházející ze srážkového vytvrzování, přičemž si stále zachovává mírnou vodivost. Pevnost lze upravit tepelným zpracováním.
• Vynikající vodivost ve srovnání s precipitačně kalenými nerezovými ocelemi kvůli vyššímu obsahu mědi v matrici.
• Dobrá tepelná odolnost se zachováním pevnosti a vodivosti až do 400-500 °C. Méně náchylné k měknutí ve srovnání s jinými slitinami Cu.
• Odolnost proti oxidaci a korozi v důsledku tvorby ochranného povlaku oxidu Cr2O3.

Díky tomuto jedinečnému profilu vlastností je CuCrZr vhodný pro aplikace, jako jsou odporové svařovací elektrody, komponenty tepelného managementu a vysokoteplotní pružiny.

Aplikace a použití prášku CuCrZr

Díky vyváženým vlastnostem je prášek CuCrZr vhodný pro následující aplikace:

aplikace	Důvod použití
Odporové svařovací elektrody	Vysoká pevnost, dobrá vodivost, odolnost proti deformaci při zvýšených teplotách
Chladiče a tepelné trubky	Vysoká tepelná vodivost v kombinaci s vysokou teplotní pevností
Elektrické kontakty a konektory	Dobrá vodivost, vysoká pevnost umožňuje miniaturizaci
Vysokoteplotní pružiny	Zachování pevnosti při zvýšených teplotách
Skleněné těsnicí slitiny	Blízká shoda CTE s borosilikátovým sklem

• Odporové svařovací elektrody - Jeho vynikající vodivost vytváří při svařování méně tepla, což umožňuje kratší dobu svařování. Vysoká pevnost odolává houbám na hrotech elektrod.
• Tepelné řízení - Používá se ve výměnících tepla, chladičích, tepelných trubkách atd., kde vysoká tepelná vodivost rychle odvádí teplo při zachování mechanické integrity.
• Elektrické kontakty - V mnoha aplikacích může nahradit kontakty z beryliové mědi díky vyšší pevnosti a podobné vodivosti.
• Vysokoteplotní pružiny - Používá se pro pružiny pracující až do 500 °C, aniž by na rozdíl od ocelových pružin ztratily nosnost.
• Těsnění sklo-kov - Jeho CTE odpovídá borosilikátovému sklu, což umožňuje aplikace těsnění skla s nízkým namáháním.

Schopnost precipitačního kalení CuCrZr umožňuje přizpůsobit pevnost podle specifických požadavků aplikace pouhou úpravou parametrů tepelného zpracování.

Specifikace prášku CuCrZr

Prášek CuCrZr je k dispozici v různých velikostech a čistotách a lze jej přizpůsobit podle potřeb aplikace. Zde jsou uvedeny některé běžné specifikace:

Specifikace	Podrobnosti
Rozsah velikostí	10 - 150 mikronů
Čistota	Až 99,9%
Obsah uhlíku	<100 ppm
Obsah kyslíku	<500 ppm
Tvar částic	Sférické, nepravidelné
Zdánlivá hustota	Až 80% teoretické hustoty
Průtoková rychlost	Až 25 s/50 g

• Velikost prášku přímo ovlivňuje hustotu a povrchovou úpravu hotových dílů. Jemnější prášek má vyšší hustotu a lepší povrchovou úpravu.
• Vysoká čistota snižuje problémy s kontaminací během konsolidace a zlepšuje konečné vlastnosti.
• Plynem atomizovaný prášek má hladkou sférickou morfologii ideální pro aditivní výrobu. Vodou rozprašovaný prášek má nepravidelný tvar vhodný pro lisování a spékání.
• Zdánlivá hustota udává, jak hustě lze prášek zabalit. Vyšší hustota zlepšuje spékání.
• Průtok ovlivňuje snadnou manipulaci s práškem a rovnoměrné plnění lisu a spékacího procesu.

Atributy prášku lze přizpůsobit, jako je distribuce velikosti částic, tvar, zdánlivá hustota atd., podle požadavků aplikace.

Metody konsolidace prášku CuCrZr

Prášek CuCrZr lze konsolidovat do plně hustých složek pomocí metod, jako jsou:

Metoda konsolidace	Podrobnosti
Aditivní výroba	Selektivní laserové tavení, tavení elektronovým svazkem
Lisování a spékání	Následuje infiltrace nebo další tepelné zpracování
Izostatické lisování za tepla	Úplné zhutnění zapouzdřeného prášku
Vytlačování	Kování prášku smíchaného s mazivy
Spékání jiskrovou plazmou	Rychlé zhušťování pomocí pulzního proudu

Aditivní výrobní metody, jako je selektivní laserové tavení a tavení elektronovým svazkem, se běžně používají k výrobě složitých dílů CuCrZr v síťovém tvaru s jemnou mikrostrukturou přímo z prášku.

Metoda lisování a spékání je ekonomická pro velkoobjemovou výrobu, ale zahrnuje více kroků. Konečné vlastnosti závisí na teplotě, době a atmosféře spékání atd.

Při izostatickém lisování za tepla se používá vysoký tlak, který umožňuje plné zhutnění při nižších teplotách. Snižuje pórovitost aditivně vyráběných dílů a zvyšuje únavovou životnost.

Vytlačování a spékání jiskrovou plazmou jsou alternativní metody vhodné pro jednodušší geometrie. Proces konsolidace ovlivňuje konečnou mikrostrukturu, vlastnosti a výkon.

Tepelné zpracování slitiny CuCrZr

Klíčovou výhodou slitiny CuCrZr je její reakce na srážkové kalení. Tepelné úpravy rozpouštěním a stárnutím mohou výrazně změnit její pevnost podle požadavků:

Tepelné zpracování	Podrobnosti
Žíhání roztoku	850-980 °C, kalení vodou. Rozpouští sraženiny, změkčuje slitinu.
Stárnutí	350-500 °C po dobu 1-4 hodin. Řídí srážení a tvrdnutí.
Odstraňování stresu	350 °C po dobu 1 hodiny. Odstraňuje zbytková pnutí.

Žíháním v roztoku se chrom a zirkonium rozpustí v pevném roztoku, po kterém následuje rychlé ochlazení za vzniku přesyceného pevného roztoku. Následným stárnutím vznikají jemné souvislé sraženiny, které vedou k precipitačnímu vytvrzení.

Doba stárnutí a teplota přímo ovlivňují reakci na vytvrzení. Nižší teplota a kratší doba stárnutí zachovávají vodivost. Srážecí vytvrzování může ztrojnásobit pevnost ve srovnání s rozpuštěným stavem.

Odlehčování napětím pomáhá snižovat zbytková napětí z předchozího obrábění za studena nebo za tepla a minimalizovat tak deformace při obrábění.

Srovnání prášku CuCrZr s alternativami

CuCrZr konkuruje slitinám, jako jsou precipitačně kalené nerezové oceli, beryliová měď a niklové stříbro:

Slitina	CuCrZr	17-4PH SS	Be-Cu	Ni-Ag
Síla	Vynikající	Vynikající	Veletrh	Dobrý
Vodivost	Dobrý	Špatný	Vynikající	Dobrý
Zpracovatelnost	Veletrh	Dobrý	Vynikající	Vynikající
Svařitelnost	Veletrh	Veletrh	Vynikající	Dobrý
Náklady	Mírný	Vysoký	Velmi vysoká	Mírný

• Nerezová ocel 17-4PH má srovnatelnou pevnost, ale výrazně nižší vodivost díky vyššímu obsahu Cr a Ni.
• Beryliová měď má vynikající vodivost, ale nižší pevnost. Je drahý a má problémy s toxicitou.
• Niklové stříbro má dobrou pevnost, ale nižší provozní teploty. Vynikající tvařitelnost.
• CuCrZr nabízí nejlepší poměr pevnosti, vodivosti, zpracovatelnosti a ceny pro mnoho aplikací.

Pro kombinaci pevnosti a vodivosti poskytuje CuCrZr vyšší výkon a nižší náklady ve srovnání s precipitačně kalenými nerezovými ocelemi nebo slitinami beryliové mědi.

Dodavatelé prášku CuCrZr

Prášek CuCrZr dodávají výrobci speciálních kovových prášků. Zde jsou uvedeni někteří z hlavních dodavatelů:

Dodavatel	Vlastnosti prášku
Sandvik	Rozsah velikosti 10-150 μm, zdánlivá hustota až 65%, nepravidelný a sférický prášek
Hoganas	Rozsah velikostí 45-150 μm, zdánlivá hustota až 80%, sférický prášek, vysoká čistota
Pometon	Rozsah velikosti 10-63 μm, zdánlivá hustota až 65%, sférický a nepravidelný prášek
Prášek CNPC	Rozsah velikostí 10-150 μm, zdánlivá hustota až 75%, vysoká čistota

K dispozici jsou různé druhy prášku optimalizované pro aditivní výrobu, lisování a spékání nebo přizpůsobené specifickým požadavkům zákazníka.

Renomovaní dodavatelé provádějí rozsáhlou kontrolu kvality při výrobě prášku a poskytují certifikáty mlýnů s dokladem o složení šarže.

Ceny prášku CuCrZr

CuCrZr je jako prášek speciální slitiny dražší než prášky ze standardních materiálů. Zde je uvedeno několik typických cenových rozpětí:

Stupeň prášku	Velikost částic	Cenové rozpětí
CuCrZr pro AM	15-45 μm	$100-150 za kg
CuCrZr pro lisování a slinování	45-150 μm	$50-100 za kg
CuCrZr s vysokou čistotou	10-45 μm	$180-250 za kg

• Jemný prášek o velikosti pod 45 mikronů je obecně více než $100/kg ideální pro aditivní výrobu.
• Hrubší prášek 45-150 mikronů stojí $50-100/kg a je vhodný pro lisování a spékání.
• Prášek vysoké čistoty (>99,9%) určený pro kritické aplikace se prodává za vyšší cenu než $180/kg.
• Snížení obsahu kyslíku a uhlíku zlepšuje konsolidaci a konečné vlastnosti.
• Ceny se liší podle množství, velikosti a úrovně kvality prášku.

S dodavateli lze vyjednat množstevní slevy od 1 kg do několika tun. Prášek vysoké čistoty s kontrolovanou distribucí velikosti částic je cenově výhodnější.

CuCrZr prášek: zdraví a bezpečnost

Stejně jako většina kovových prášků vyžaduje prášek CuCrZr opatrné zacházení, aby se minimalizovala zdravotní a bezpečnostní rizika:

Nebezpečí	Bezpečnostní opatření	PPE
Oční kontakt	Vyhněte se přímému kontaktu. Po expozici si nepotírejte oči. V případě kontaktu opláchněte vodou.	Ochranné brýle
Styk s kůží	Vyhněte se přímému kontaktu. Zasažená místa důkladně omyjte vodou a mýdlem.	Rukavice
Inhalace	Nevdechujte prach z prášku. Zajistěte dostatečné větrání.	Schválené respirátory
Požití	Vyhněte se kontaktu rukou s ústy. Po manipulaci si umyjte ruce.	–
Fire	K uhašení požáru kovového prášku použijte suchý písek. Nepoužívejte vodu.	Protipožární vybavení

• Při manipulaci s práškem používejte osobní ochranné prostředky - brýle, rukavice, respirátor, abyste minimalizovali kontakt s práškem.
• Po práci s práškem dodržujte správnou hygienu.
• Zabraňte hromadění práškového prachu na povrchu.
• Uzavřené nádoby skladujte na chladném a suchém místě mimo dosah zdrojů vznícení.

Kompletní bezpečnostní informace naleznete v bezpečnostním listu. Pokud expozice způsobí podráždění, vyhledejte lékařskou pomoc. Správné bezpečnostní protokoly minimalizují rizika při manipulaci s práškem CuCrZr.

Kontrola a zkoušení prášku CuCrZr

Pro zajištění vysoké kvality a konzistence by měl být prášek CuCrZr kontrolován a testován:

Parametr	Metoda	Specifikace
Chemické složení	XRF, mokrá chemie	Shoda se stanoveným obsahem Cu, Cr a Zr
Distribuce velikosti částic	Laserová difrakce, prosévání	Velikost mediánu, D10, D90 v uvedeném rozmezí
Morfologie prášku	Zobrazování pomocí SEM	Sférický tvar, minimum satelitů pro AM prášek
Zdánlivá hustota	Hallův průtokoměr	Podle specifikace pro použití
Průtoková rychlost	Hallův průtokoměr	Podle specifikace pro použití
Nečistoty	Analýza ICP, LECO	Nízký obsah kyslíku a dusíku

Řádné testování kontroly kvality během procesu a konečná kontrola zajišťují, že prášek splňuje chemické, fyzikální a morfologické vlastnosti požadované pro zamýšlenou aplikaci. Rutinní testování by měl provádět výrobce i uživatel prášku.

Nejčastější dotazy

Q. K čemu se slitina CuCrZr používá?

A. CuCrZr se používá v aplikacích vyžadujících vysokou pevnost v kombinaci s dobrou elektrickou a tepelnou vodivostí, jako jsou odporové svařovací elektrody, chladiče a vysokoteplotní pružiny.

Q. Jak se vyrábí prášek CuCrZr?

A. CuCrZr se vyrábí plynovou nebo vodní atomizací roztavené slitiny za vzniku jemných sférických nebo nepravidelných částic prášku optimální velikosti pro použití v AM nebo lisování a slinování.

Q. Co ovlivňuje vlastnosti dílů CuCrZr?

A. Vlastnosti závisí na složení, kvalitě prášku, způsobu a parametrech konsolidace, tepelném zpracování a mikrostruktuře. Schopnost precipitačního vytvrzování CuCrZr také umožňuje přizpůsobení pevnosti.

Q. Jaký je rozdíl mezi práškem CuCrZr rozprašovaným plynem a práškem rozprašovaným vodou?

A. Prášek rozprašovaný plynem má sférickou morfologii ideální pro zpracování AM, zatímco prášek rozprašovaný vodou má nepravidelný tvar vhodný pro lisování a spékání.

Q. Potřebuje slitina CuCrZr tepelné zpracování?

A. Ano, žíhání roztokem a tepelné zpracování stárnutím umožňují optimalizovat pevnost a vodivost řízením precipitace v mikrostruktuře slitiny.

Q. Jaká je obvyklá cena prášku CuCrZr?

A. Prášek CuCrZr se pohybuje od $50/kg pro lisovací a spékací třídu až po $250/kg pro prášek AM třídy vysoké čistoty. Jemnější velikostní frakce a vyšší čistota zvyšují náklady.