CoCrFeNi-Pulver

Überblick über CoCrFeNi-Pulver

CoCrFeNi-Pulver, auch bekannt als CoCrFeNiMn-Pulver oder HEA-Pulver (High Entropy Alloy), ist ein Material, das sich aus Kobalt, Chrom, Eisen und Nickel in nahezu äquiatomischen Verhältnissen zusammensetzt. Dieses neuartige Legierungspulver weist im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen außergewöhnliche Eigenschaften auf und hat großes Interesse für verschiedene Anwendungen geweckt.

Zu den wichtigsten Merkmalen von CoCrFeNi-Pulver gehören:

• Hohe Konfigurationsentropie, die zu hervorragender Festigkeit, Härte, thermischer Stabilität und Korrosionsbeständigkeit führt
• Mikrostruktur einer einzelnen FCC-Phase in fester Lösung
• Ausgezeichnete Kombination von Festigkeit und Duktilität
• Hohe Bruchzähigkeit
• Gute Zerspanbarkeit und Umformbarkeit
• Widerstandsfähigkeit gegen Erweichung bei erhöhten Temperaturen
• Anpassbar durch geringfügige Zusätze von Elementen wie Mangan

Die einzigartige Unordnung in der atomaren Anordnung von CoCrFeNi führt zu einer hervorragenden mechanischen Leistung. Die nahezu gleichen Konzentrationen der Hauptelemente behindern die Versetzungsbewegung und verbessern die Härte. Die mehrphasige Struktur sorgt für eine Festigkeitssteigerung in fester Lösung durch Gitterdehnungseffekte.

Zusammensetzung von CoCrFeNi-Pulver

Die Zusammensetzung von CoCrFeNi HEA-Pulver kann individuell angepasst werden, besteht aber im Allgemeinen aus:

Element	Typischer Bereich der Zusammensetzung
Kobalt (Co)	20-35 at.%
Chrom (Cr)	20-35 at.%
Eisen (Fe)	20-35 at.%
Nickel (Ni)	20-35 at.%

Das Äquiatomverhältnis bietet eine maximale Konfigurationsentropie, aber geringfügige Abweichungen beeinflussen die Eigenschaften nicht wesentlich. Die Zugabe von 1-2 at.% Mangan ist üblich, um die Eigenschaften durch Kornfeinung und Ausscheidungshärtung weiter zu verbessern.

Eigenschaften von CoCrFeNi-Pulver

CoCrFeNi-Legierungspulver weist eine einzigartige Kombination von hervorragenden Eigenschaften auf:

Eigentum	Werte
Dichte	7,5-8,3 g/cm3
Schmelzpunkt	>1200°C
Mikrohärte	2,5-4 GPa
Endgültige Zugfestigkeit	500-1300 MPa
Streckgrenze	200-1100 MPa
Dehnung	10-60%
Elastizitätsmodul	150-250 GPa
Schermodus	65-85 GPa
Querkontraktionszahl	0.21-0.33
Bruchzähigkeit	>100 MPa√m
Wärmeleitfähigkeit	10-30 W/mK
Elektrischer spezifischer Widerstand	70-100 nΩm
Korrosionsbeständigkeit	Ausgezeichnet in verschiedenen Umgebungen

Die hohe Härte ergibt sich aus der Mischkristallverfestigung, während die FCC-Struktur für eine gute Duktilität sorgt. Die Eigenschaften können durch Anpassung der Zusammensetzung und Verarbeitung maßgeschneidert werden.

Eigenschaften von CoCrFeNi-Pulver

Zu den herausragenden Merkmalen von CoCrFeNi-Legierungspulver gehören:

• Einphasige FCC-Struktur ohne intermetallische Phasen
• Glühzwillinge und Stapelfehler vorhanden
• Äquiaxiale Pulvermorphologie mit guter Fließfähigkeit
• Pulvergrößenverteilung von 15-150 μm
• Hohe Reinheit mit niedrigem Sauerstoffgehalt
• Sphärische Pulverform und glatte Oberfläche
• Anpassbare Pulvergröße, -form und -zusammensetzung

Das Pulver weist eine hohe chemische Homogenität mit einer gleichmäßigen Verteilung der Legierungselemente auf. Die kugelförmige Morphologie sorgt für gute Packungs- und Fließeigenschaften.

Anwendungen von CoCrFeNi-Pulver

Die außergewöhnliche Kombination aus Festigkeit, Zähigkeit und Verarbeitbarkeit von CoCrFeNi-Pulver macht es geeignet für:

Additive Fertigung: Hervorragende Druckbarkeit aufgrund guter Fließ- und Schmelzeigenschaften. Wird in der Luft- und Raumfahrt, für Werkzeuge und biomedizinische Implantate verwendet.

Thermische Spritzschichten: Beständigkeit gegen Verschleiß, Korrosion und thermische Erweichung. Beschichtungen für mechanische, marine und chemische Anwendungen.

Entwicklung von Legierungen: Grundmaterial für neue hochentropische Legierungen mit Zusätzen von Al, Ti usw.

Metall-Spritzgießen: Teile mit hoher Steifigkeit und guter Maßhaltigkeit für die Luftfahrt und die Automobilindustrie.

Pulvermetallurgie: Hochleistungs-P/M-Teile mit ausgewogener Festigkeit und Duktilität.

Kryogenische Anwendungen: Beibehaltung der Duktilität und Zähigkeit bei Minustemperaturen.

Spezifikationen von CoCrFeNi-Pulver

CoCrFeNi-Legierungspulver ist in verschiedenen Größenbereichen, Zusammensetzungen und Formen erhältlich:

Parameter	Varianten
Größenbereich	15-25 μm, 25-45 μm, 45-75 μm, 75-105 μm, 105-150 μm
Zusammensetzung	Äquiatomisch, benutzerdefinierte Elementverhältnisse
Form des Pulvers	kugelförmig, unregelmäßig
Produktionsverfahren	Gas-/Wasserverdüsung, mechanisches Legieren
Lieferform	Loses Pulver, gesinterte Vorformlinge

Größere Pulvergrößen von 45-150 μm werden für das thermische Spritzen und das Metallspritzgießen bevorzugt. Feinere Größen von 15-45 μm werden für die additive Fertigung verwendet. Die Pulver können in Form, Größe, Sauerstoffgehalt und Fließfähigkeit angepasst werden.

Lieferanten von CoCrFeNi-Pulver

Zu den weltweit führenden Anbietern von CoCrFeNi-Legierungspulver mit hoher Entropie gehören:

Unternehmen	Produktionskapazität	Standort
Sandvik	200 Tonnen pro Jahr	Schweden
Praxair	150 Tonnen pro Jahr	USA
Hoganas	100 Tonnen pro Jahr	Schweden
CNPC-Pulver	50 Tonnen pro Jahr	China
Zimmerer-Technologien	40 Tonnen pro Jahr	USA

Die Pulver werden im Allgemeinen durch Gas- oder Wasserzerstäubung hergestellt. Kundenspezifische Pulverzusammensetzungen und -größen können von diesen Anbietern bezogen werden.

Preisgestaltung

Größe des Pulvers	Preisspanne
15-45 Mikron	$150-200 pro kg
45-105 Mikrometer	$100-150 pro kg
105-150+ Mikron	$80-120 pro kg

Größere Pulvergrößen sind aufgrund der höheren Produktionsraten bei der Zerstäubung billiger. Kundenspezifische Legierungen und Zusammensetzungen sind preislich höher angesiedelt. Die Pulverpreise sind aufgrund des zunehmenden Wettbewerbs und der steigenden Kapazitäten auf dem Markt gesunken.

Vor- und Nachteile von CoCrFeNi-Pulver

Vorteile	Beschränkungen
Hervorragende Festigkeit und Härte	Hohe Materialkosten aufgrund von Co und Ni
Ausgezeichnete Duktilität und Zähigkeit	Begrenzte Daten zur langfristigen Leistung
Gute Herstellbarkeit durch AM, MIM, PM	Herausforderungen bei der Verarbeitung mit mikrostruktureller Kontrolle
Thermische und mikrostrukturelle Stabilität	Die Zusammensetzung muss genau kontrolliert werden
Hohe Korrosions- und Verschleißfestigkeit	Geringere Verarbeitbarkeit als bei herkömmlichen Legierungen
Behält seine Festigkeit bei erhöhten Temperaturen	Erfordert oft HIP-Nachbearbeitung

CoCrFeNi HEA-Pulver ermöglicht Bauteile mit unübertroffenen Eigenschaftskombinationen. Allerdings sind die Material- und Verarbeitungskosten hoch. Mikrostruktur und Eigenschaften hängen stark von einer präzisen Steuerung der Zusammensetzung ab.

Vergleich mit Alternativen

Vs. Edelstahl-Pulver

• Höhere Festigkeit und Härte
• Hervorragende Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit
• Teurere Grundstoffkosten
• Geringere Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit

Vs. Werkzeugstahl-Pulver

• Bessere Duktilität und Bruchzähigkeit
• Geringere Hochtemperaturfestigkeit
• Weniger etablierte Verarbeitungsmethoden
• Begrenzte Verfügbarkeit von Größen- und Legierungsvarianten

Vs. Inconel-Superlegierungspulver

• Vergleichbare Hochtemperaturfestigkeit
• Günstigeres Material
• Kürzere Erfolgsbilanz
• Eingeschränkte mikrostrukturelle Stabilität bei sehr hohen Temperaturen

FAQs

F: Was ist HEA-Pulver (High Entropy Alloy)?

A: HEA-Pulver enthält mehrere Hauptelemente in nahezu äquiatomischen Verhältnissen, um außergewöhnliche Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität und Stabilität zu erzielen. CoCrFeNi-Pulver ist ein führendes HEA.

F: Welche typischen Größen von CoCrFeNi-Pulver sind erhältlich?

A: Übliche Größenbereiche sind 15-45 μm für AM, 45-105 μm für thermisches Spritzen und 105-150 μm für MIM und andere Anwendungen. Feinere und gröbere Größen können individuell angepasst werden.

F: Was beeinflusst den Preis von CoCrFeNi-Legierungspulver?

A: Pulvergröße, Zusammensetzung, Reinheit, Herstellungsverfahren und Bestellmenge bestimmen den Preis. Größere Größen über 100 μm kosten weniger. Geringfügige Zusätze oder engere Zusammensetzungsbereiche erhöhen die Kosten.

F: Wie wird CoCrFeNi HEA-Pulver hergestellt?

A: Gasverdüsung und Wasserverdüsung sind die wichtigsten Produktionsmethoden. Das Pulver kann auch durch mechanisches Legieren oder Kryomahlen von vorlegierten Blöcken hergestellt werden.

F: Was sind einige Anwendungsbeispiele für CoCrFeNi-Pulver?

A: Führende Anwendungen sind die additive Fertigung von Werkzeugen und Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, thermische Spritzschichten für Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, die Entwicklung von Legierungen, der Metallspritzguss von Automobilteilen und die Pulvermetallurgie von Hochleistungskomponenten.

F: Was sind die wichtigsten Eigenschaften von CoCrFeNi HEA-Pulver?

A: Es weist eine außergewöhnliche Kombination aus hoher Festigkeit, Härte, Duktilität, Bruchzähigkeit, thermischer Stabilität und Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen auf.

F: Was sind die Grenzen von CoCrFeNi-Pulver?

A: Hohe Kosten für das Basismaterial, Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Mikrostruktur, begrenzte Daten über die Langzeitleistung, geringere Schweißbarkeit im Vergleich zu Stählen sind einige Nachteile.

F: Wie verhält sich CoCrFeNi-Pulver im Vergleich zu Werkzeugstählen und nichtrostenden Stählen?

A: Er hat eine wesentlich höhere Festigkeit und Härte, lässt sich aber schlechter verarbeiten als nichtrostende Stähle. Im Vergleich zu Werkzeugstählen bietet er eine höhere Bruchzähigkeit und Duktilität.

F: Ist CoCrFeNi für kryogene Anwendungen geeignet?

A: Ja, es behält seine gute Duktilität und Zähigkeit bei Minustemperaturen, während herkömmliche Legierungen spröde werden. Dies macht es für kryogene Geräte nützlich.

F: Kann die Zusammensetzung von CoCrFeNi-Pulver individuell angepasst werden?

A: Ja, Lieferanten können kundenspezifische Elementverhältnisse anbieten, die über die äquiatomische Zusammensetzung hinausgehen. Übliche Anpassungen sind 1-2 at.% Mn- oder Co-Zusätze zur Anpassung der Eigenschaften.