CuCrZr-Pulver für Metall-3D-Druck

CuCrZr-Pulver Übersicht

CuCrZr-Pulver ist ein Legierungspulver, das aus Kupfer (Cu), Chrom (Cr) und Zirkonium (Zr) besteht. Es bietet eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, die es für Hochleistungsanwendungen geeignet machen, die hohe Festigkeit, gute Leitfähigkeit und Beständigkeit gegen Erweichung bei erhöhten Temperaturen erfordern.

Zusammensetzung von CuCrZr-Pulver

CuCrZr ist eine ausscheidungsgehärtete Legierung, d. h. ihre hohe Festigkeit beruht auf kohärenten Ausscheidungen, die sich in der Metallmatrix bilden. Die Zusammensetzung spielt eine Schlüsselrolle bei der Erzielung eines optimalen Ausscheidungshärtungsverhaltens. Hier sind die typischen Zusammensetzungsbereiche:

Element	Zusammensetzung Bereich
Kupfer (Cu)	Restbetrag
Chrom (Cr)	0,5 - 1,2 wt%
Zirkonium (Zr)	0,03 - 0,3 wt%

• Kupfer bildet die Matrix und sorgt für thermische und elektrische Leitfähigkeit.
• Chrom trägt zur Festigung des Mischkristalls bei und bildet Ausscheidungen, die die Versetzungsbewegung behindern.
• Zirkonium bildet mit Kupfer kohärente Ausscheidungen, die eine Ausscheidungshärtung ermöglichen.

Der Chrom- und Zirkoniumgehalt ist optimiert, um die Festigkeit durch Ausscheidungshärtung zu maximieren und gleichzeitig eine gute Leitfähigkeit beizubehalten.

Eigenschaften von CuCrZr-Pulver

CuCrZr-Pulver bietet aufgrund seiner Ausscheidungshärtung eine außergewöhnliche Kombination aus Festigkeit, Leitfähigkeit und Wärmebeständigkeit. Hier sind einige wichtige Eigenschaften:

Eigentum	Wert
Dichte	8,8 g/cm3
Elektrische Leitfähigkeit	22 - 48% IACS
Wärmeleitfähigkeit	200 - 300 W/m-K
Schmelzpunkt	1065°C
Wärmeausdehnungskoeffizient	16,5 x 10-6 /°C
Elastischer Modul	124 GPa
Streckgrenze	350 - 650 MPa
Dehnung	8-15%
Oxidationsbeständigkeit	Gut bis zu 900°C

• Sie hat hohe Festigkeit aus der Ausscheidungshärtung, wobei die Leitfähigkeit mäßig erhalten bleibt. Die Festigkeit kann durch Wärmebehandlung angepasst werden.
• Ausgezeichnete Leitfähigkeit im Vergleich zu ausscheidungsgehärteten nichtrostenden Stählen aufgrund des höheren Kupfergehalts in der Matrix.
• Gute Hitzebeständigkeit mit Festigkeits- und Leitfähigkeitserhaltung bis zu 400-500°C. Neigt im Vergleich zu anderen Cu-Legierungen weniger zur Erweichung.
• Widerstandsfähig gegen Oxidation und Korrosion aufgrund der Bildung einer schützenden Cr2O3-Oxidschicht.

Aufgrund dieses einzigartigen Eigenschaftsprofils eignet sich CuCrZr für Anwendungen wie Widerstandsschweißelektroden, Wärmemanagementkomponenten und Hochtemperaturfedern.

Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von CuCrZr-Pulver

Aufgrund seiner ausgewogenen Eigenschaften eignet sich CuCrZr-Pulver für die folgenden Anwendungen:

Anmeldung	Grund für die Verwendung
Elektroden zum Widerstandsschweißen	Hohe Festigkeit, gute Leitfähigkeit, Beständigkeit gegen Verformung bei erhöhten Temperaturen
Wärmesenken und Wärmerohre	Hohe Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit hoher Temperaturbeständigkeit
Elektrische Kontakte und Steckverbinder	Gute Leitfähigkeit, hohe Festigkeit ermöglicht Miniaturisierung
Hochtemperatur-Federn	Beibehaltung der Festigkeit bei erhöhter Temperatur
Glasversiegelungslegierungen	Enge Übereinstimmung des WAK mit Borosilikatglas

• Elektroden für das Widerstandsschweißen - Die hervorragende Leitfähigkeit erzeugt beim Schweißen weniger Wärme und ermöglicht kürzere Schweißzeiten. Die hohe Festigkeit verhindert das Aufpilzen der Elektrodenspitzen.
• Thermisches Management - Wird in Wärmetauschern, Kühlkörpern, Wärmerohren usw. verwendet, wo eine hohe Wärmeleitfähigkeit die Wärme schnell ableitet und gleichzeitig die mechanische Integrität erhält.
• Elektrische Kontakte - Kann in vielen Anwendungen Berylliumkupferkontakte ersetzen, da es eine höhere Festigkeit und eine ähnliche Leitfähigkeit aufweist.
• Federn für hohe Temperaturen - Wird für Federn verwendet, die bis zu 500°C arbeiten, ohne dass sie im Gegensatz zu Stahlfedern an Tragfähigkeit verlieren.
• Glas-Metall-Dichtungen - Sein WAK entspricht dem von Borosilikatglas und ermöglicht spannungsarme Glasdichtungsanwendungen.

Die Fähigkeit von CuCrZr zur Ausscheidungshärtung ermöglicht die Anpassung der Festigkeit an die spezifischen Anwendungsanforderungen durch einfache Änderung der Wärmebehandlungsparameter.

CuCrZr-Pulver Spezifikationen

CuCrZr-Pulver ist in verschiedenen Größenbereichen und Reinheiten erhältlich und kann je nach Anwendungsbedarf angepasst werden. Hier sind einige allgemeine Spezifikationen:

Spezifikation	Einzelheiten
Größenbereich	10 - 150 Mikrometer
Reinheit	Bis zu 99,9%
Kohlenstoffgehalt	<100 ppm
Sauerstoffgehalt	<500 ppm
Partikelform	kugelförmig, unregelmäßig
Scheinbare Dichte	Bis zu 80% der theoretischen Dichte
Durchflussmenge	Bis zu 25 s/50 g

• Die Größe des Pulvers wirkt sich direkt auf die Dichte und die Oberflächengüte der fertigen Teile aus. Feineres Pulver führt zu höherer Dichte und besserer Oberflächengüte.
• Der hohe Reinheitsgrad verringert Verunreinigungsprobleme bei der Konsolidierung und verbessert die endgültigen Eigenschaften.
• Gasverdüstes Pulver hat eine glatte, kugelförmige Morphologie, die ideal für die additive Fertigung ist. Wasserverdüstes Pulver hat eine unregelmäßige Form, die sich für Press- und Sinteranwendungen eignet.
• Die scheinbare Dichte gibt an, wie dicht das Pulver gepackt werden kann. Höhere Dichten verbessern die Sinterung.
• Die Fließgeschwindigkeit beeinflusst die einfache Handhabung des Pulvers und die gleichmäßige Befüllung der Matrizen im Press- und Sinterprozess.

Pulvereigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, Form, Schüttdichte usw. können je nach den Anforderungen der Anwendung angepasst werden.

Verfestigungsmethoden für CuCrZr-Pulver

CuCrZr-Pulver kann mit Methoden wie diesen zu vollständig dichten Komponenten verfestigt werden:

Konsolidierungsmethode	Einzelheiten
Additive Fertigung	Selektives Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen
Pressen und Sintern	Gefolgt von Infiltration oder weiterer Wärmebehandlung
Heiß-Isostatisches Pressen	Vollständige Verdichtung des eingekapselten Pulvers
Extrusion	Schmieden von mit Schmiermitteln vermischtem Pulver
Funken-Plasma-Sintern	Schnelle Verdichtung mit gepulstem Strom

Additive Fertigungsverfahren wie das selektive Laserschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen werden üblicherweise zur Herstellung komplexer, netzförmiger CuCrZr-Teile mit feinem Gefüge direkt aus Pulver verwendet.

Das Press- und Sinterverfahren ist für die Großserienproduktion wirtschaftlich, erfordert jedoch mehrere Schritte. Die endgültigen Eigenschaften hängen von der Sintertemperatur, der Zeit, der Atmosphäre usw. ab.

Beim heißisostatischen Pressen wird hoher Druck angewendet, der eine vollständige Verdichtung bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht. Es reduziert die Porosität in additiv gefertigten Teilen und verbessert die Ermüdungslebensdauer.

Strangpressen und Funkenplasmasintern sind alternative Verfahren, die sich für einfachere Geometrien eignen. Der Konsolidierungsprozess beeinflusst die endgültige Mikrostruktur, die Eigenschaften und die Leistung.

Wärmebehandlung von CuCrZr-Legierungen

Ein wesentlicher Vorteil der CuCrZr-Legierung ist ihre Ausscheidungshärtung. Durch Lösungsglühen und Alterungswärmebehandlungen kann die Festigkeit je nach Anforderung erheblich verändert werden:

Wärmebehandlung	Einzelheiten
Lösungsglühen	850-980°C, Wasserabschreckung. Löst Ausscheidungen auf, erweicht die Legierung
Alterung	350-500°C für 1-4 Stunden. Steuert die Ausfällung und Aushärtung.
Stressabbau	350°C für 1 Stunde. Entfernt Eigenspannungen.

Beim Lösungsglühen werden Chrom und Zirkonium in fester Lösung aufgelöst und anschließend schnell abgeschreckt, um einen übersättigten Mischkristall zu bilden. Bei der anschließenden Alterungsbehandlung bilden sich feine kohärente Ausscheidungen, die zu einer Ausscheidungshärtung führen.

Alterungszeit und Temperatur steuern direkt die Härtungsreaktion. Eine niedrigere Alterungstemperatur und kürzere Zeiten erhalten die Leitfähigkeit. Ausscheidungshärtung kann die Festigkeit im Vergleich zum gelösten Zustand verdreifachen.

Das Spannungsarmglühen trägt dazu bei, Eigenspannungen aus der vorangegangenen Kalt- oder Warmumformung abzubauen, um den Verzug während der Bearbeitung zu minimieren.

Vergleich von CuCrZr-Pulver mit Alternativen

CuCrZr konkurriert mit Legierungen wie ausscheidungsgehärteten Edelstählen, Berylliumkupfer und Neusilber:

Legierung	CuCrZr	17-4PH SS	Be-Cu	Ni-Ag
Stärke	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Messe	Gut
Leitfähigkeit	Gut	Schlecht	Ausgezeichnet	Gut
Verarbeitbarkeit	Messe	Gut	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet
Schweißeignung	Messe	Messe	Ausgezeichnet	Gut
Kosten	Mäßig	Hoch	Sehr hoch	Mäßig

• 17-4PH rostfrei hat eine vergleichbare Festigkeit, aber aufgrund des höheren Cr- und Ni-Gehalts eine deutlich geringere Leitfähigkeit.
• Beryllium-Kupfer hat eine ausgezeichnete Leitfähigkeit, aber geringere Festigkeitswerte. Teuer und Probleme mit der Toxizität.
• Neusilber hat eine gute Festigkeit, aber niedrigere Betriebstemperaturen. Ausgezeichnete Verformbarkeit.
• CuCrZr bietet für viele Anwendungen das beste Verhältnis zwischen Festigkeit, Leitfähigkeit, Verarbeitbarkeit und Kosten.

Bei der Kombination von Festigkeit und Leitfähigkeit bietet CuCrZr im Vergleich zu ausscheidungsgehärteten Edelstählen oder Beryllium-Kupfer-Legierungen eine höhere Leistung und geringere Kosten.

CuCrZr-Pulver Lieferanten

CuCrZr-Pulver wird von speziellen Metallpulverherstellern geliefert. Hier sind einige der wichtigsten Lieferanten:

Anbieter	Pulver-Attribute
Sandvik	Größenbereich 10-150 μm, Schüttdichte bis zu 65%, unregelmäßiges und kugelförmiges Pulver
Hoganas	Größenbereich 45-150 μm, Schüttdichte bis zu 80%, kugelförmiges Pulver, hohe Reinheit
Pometon	Größenbereich 10-63 μm, Schüttdichte bis zu 65%, kugelförmiges und unregelmäßiges Pulver
CNPC-Pulver	Größenbereich 10-150 μm, Schüttdichte bis zu 75%, hohe Reinheit

Es stehen verschiedene Pulversorten zur Verfügung, die für die additive Fertigung, Press- und Sinteranwendungen optimiert oder auf spezifische Kundenanforderungen zugeschnitten sind.

Seriöse Anbieter führen umfassende Qualitätskontrollen bei der Pulverherstellung durch und stellen Werkszertifikate mit Nachweis der Chargenzusammensetzung zur Verfügung.

Preise für CuCrZr-Pulver

Als Speziallegierungspulver ist CuCrZr teurer als Standardmaterialpulver. Hier sind einige typische Preisspannen:

Pulversorte	Partikelgröße	Preisspanne
CuCrZr für AM	15-45 μm	$100-150 pro kg
CuCrZr für Presse und Sinter	45-150 μm	$50-100 pro kg
Hochreines CuCrZr	10-45 μm	$180-250 pro kg

• Feines Pulver unter 45 Mikron ist im Allgemeinen über $100/kg ideal für die additive Fertigung.
• Gröberes Pulver 45-150 Mikron kostet $50-100/kg, geeignet für die Press- und Sinterstrecke.
• Hochreines (>99,9%) Pulver für kritische Anwendungen verlangt einen höheren Preis als $180/kg.
• Die Reduzierung des Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalts verbessert die Verfestigung und die endgültigen Eigenschaften.
• Die Preise variieren je nach Menge, Größenbereich und Qualitätsstufe des Pulvers.

Mengenrabatte von 1 kg bis zu mehreren Tonnen können mit den Lieferanten ausgehandelt werden. Hochreines Pulver mit kontrollierter Partikelgrößenverteilung zieht höhere Preise nach sich.

CuCrZr-Pulver: Gesundheit und Sicherheit

Wie die meisten Metallpulver erfordert auch CuCrZr-Pulver eine sorgfältige Handhabung, um Gesundheits- und Sicherheitsrisiken zu minimieren:

Gefährdung	Vorsichtsmaßnahmen	PSA
Augenkontakt	Vermeiden Sie direkten Kontakt. Nach Kontakt nicht die Augen reiben. Bei Berührung mit Wasser ausspülen.	Schutzbrille
Hautkontakt	Vermeiden Sie direkten Kontakt. Betroffene Stellen gründlich mit Wasser und Seife waschen.	Handschuhe
Einatmen	Vermeiden Sie das Einatmen von Pulverstaub. Für ausreichende Belüftung sorgen.	Zugelassene Atemschutzmasken
Verschlucken	Vermeiden Sie den Kontakt von Hand zu Mund. Nach der Handhabung Hände waschen.	–
Feuer	Verwenden Sie zum Löschen von Metallpulverbränden trockenen Sand. Kein Wasser verwenden.	Brandsicherheitsausrüstung

• Tragen Sie beim Umgang mit dem Pulver PSA - Schutzbrille, Handschuhe, Atemschutzgerät, um den Kontakt zu minimieren.
• Achten Sie auf gute Hygiene nach der Arbeit mit Pulver.
• Verhindern Sie die Ansammlung von Pulverstaub auf Oberflächen.
• Versiegelte Behälter an einem kühlen, trockenen Ort, entfernt von Zündquellen, lagern.

Vollständige Sicherheitsinformationen finden Sie im Sicherheitsdatenblatt. Ärztliche Hilfe in Anspruch nehmen, wenn die Exposition zu Reizungen führt. Ein angemessenes Sicherheitsprotokoll minimiert die Risiken beim Umgang mit CuCrZr-Pulver.

Inspektion und Prüfung von CuCrZr-Pulver

Um eine hohe Qualität und Konsistenz zu gewährleisten, sollte CuCrZr-Pulver inspiziert und getestet werden:

Parameter	Methode	Spezifikation
Chemische Zusammensetzung	XRF, Nasschemie	Einhaltung des spezifizierten Cu-, Cr- und Zr-Gehalts
Partikelgrößenverteilung	Laserbeugung, Siebung	Mediangröße, D10, D90 innerhalb des angegebenen Bereichs
Morphologie des Pulvers	SEM-Bildgebung	Sphärische Form, minimale Satelliten für AM-Pulver
Scheinbare Dichte	Hall-Durchflussmesser	Wie für die Anwendung angegeben
Durchflussmenge	Hall-Durchflussmesser	Wie für die Anwendung angegeben
Verunreinigungen	ICP, LECO-Analyse	Niedriger Sauerstoff- und Stickstoffgehalt

Eine ordnungsgemäße prozessbegleitende Qualitätsprüfung und Endkontrolle stellt sicher, dass das Pulver die für die vorgesehene Anwendung erforderlichen chemischen, physikalischen und morphologischen Eigenschaften aufweist. Routinetests sollten sowohl vom Pulverhersteller als auch vom Anwender durchgeführt werden.

FAQs

Q. Wofür wird die Legierung CuCrZr verwendet?

A. CuCrZr wird für Anwendungen verwendet, die eine hohe Festigkeit in Verbindung mit einer guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit erfordern, wie z. B. Widerstandsschweißelektroden, Kühlkörper und Hochtemperaturfedern.

Q. Wie wird CuCrZr-Pulver hergestellt?

A. CuCrZr wird durch Gas- oder Wasserzerstäubung der geschmolzenen Legierung hergestellt, um feine kugelförmige oder unregelmäßige Pulverpartikel zu erzeugen, die eine optimale Größe für AM oder Press- und Sinteranwendungen haben.

Q. Was beeinflusst die Eigenschaften von CuCrZr-Teilen?

A. Die Eigenschaften hängen von der Zusammensetzung, der Pulverqualität, dem Konsolidierungsverfahren und den Parametern, der Wärmebehandlung und dem Gefüge ab. Die Fähigkeit von CuCrZr zur Ausscheidungshärtung ermöglicht auch eine individuelle Anpassung der Festigkeit.

Q. Was ist der Unterschied zwischen gasverdüstem und wasserverdüstem CuCrZr-Pulver?

A. Gasverdüstes Pulver hat eine kugelförmige Morphologie, die ideal für die AM-Verarbeitung ist, während wasserverdüstes Pulver eine unregelmäßige Form hat, die sich für Press- und Sinteranwendungen eignet.

Q. Braucht die CuCrZr-Legierung eine Wärmebehandlung?

A. Ja, das Lösungsglühen und die Alterungswärmebehandlung ermöglichen die Optimierung der Festigkeit und der Leitfähigkeit durch die Kontrolle der Ausscheidungen im Mikrogefüge der Legierung.

Q. Was ist der typische Preis für CuCrZr-Pulver?

A. CuCrZr-Pulver reicht von $50/kg für Press- und Sinterqualität bis $250/kg für hochreines AM-Pulver. Feinere Korngrößenfraktionen und höhere Reinheit erhöhen die Kosten.