CoCrFeNi Polvo
El polvo de CoCrFeNi, también conocido como polvo de CoCrFeNiMn o polvo de aleación de alta entropía (HEA), es un material compuesto por elementos de cobalto, cromo, hierro y níquel en proporciones casi equiatómicas. Este novedoso polvo de aleación presenta propiedades excepcionales en comparación con las aleaciones convencionales y ha suscitado un gran interés para diversas aplicaciones.
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Índice
Descripción general del polvo de CoCrFeNi
El polvo de CoCrFeNi, también conocido como polvo de CoCrFeNiMn o polvo de aleación de alta entropía (HEA), es un material compuesto por elementos de cobalto, cromo, hierro y níquel en proporciones casi equiatómicas. Este novedoso polvo de aleación presenta propiedades excepcionales en comparación con las aleaciones convencionales y ha suscitado un gran interés para diversas aplicaciones.
Algunas características clave del polvo de CoCrFeNi son:
- Alta entropía configuracional que da lugar a una resistencia, dureza, estabilidad térmica y resistencia a la corrosión excepcionales.
- Microestructura de fase FCC de solución sólida única
- Excelente combinación de resistencia y ductilidad
- Alta tenacidad a la fractura
- Buena maquinabilidad y conformabilidad
- Resistencia al reblandecimiento a temperaturas elevadas
- Personalizable con pequeñas adiciones de elementos como el manganeso.
El singular desorden en la disposición atómica del CoCrFeNi confiere un rendimiento mecánico superior. Las concentraciones casi iguales de los elementos principales dificultan el movimiento de las dislocaciones, lo que mejora la dureza. La estructura multifásica proporciona un refuerzo de la solución sólida a través de los efectos de la deformación reticular.
Composición del polvo de CoCrFeNi
La composición del polvo de CoCrFeNi HEA puede adaptarse a las necesidades, pero generalmente consta de:
| Elemento | Gama de composición típica |
|---|---|
| Cobalto (Co) | 20-35 at.% |
| Cromo (Cr) | 20-35 at.% |
| Hierro (Fe) | 20-35 at.% |
| Níquel (Ni) | 20-35 at.% |
La relación equiatómica proporciona la máxima entropía configuracional, pero pequeñas desviaciones no afectan significativamente a las propiedades. Las adiciones de 1-2 at.% de manganeso son comunes para mejorar aún más las propiedades a través del refinamiento del grano y el fortalecimiento de la precipitación.
Propiedades del polvo de CoCrFeNi
El polvo de aleación CoCrFeNi presenta una combinación única de propiedades excepcionales:
| Propiedad | Valores |
|---|---|
| Densidad | 7,5-8,3 g/cm3 |
| Punto de fusión | >1200°C |
| Microdureza | 2,5-4 GPa |
| Resistencia a la tracción | 500-1300 MPa |
| Límite elástico | 200-1100 MPa |
| Alargamiento | 10-60% |
| Módulo de Young | 150-250 GPa |
| Módulo de cizallamiento | 65-85 GPa |
| Relación de Poisson | 0.21-0.33 |
| Resistencia a la fractura | >100 MPa√m |
| Conductividad térmica | 10-30 W/mK |
| Resistividad eléctrica | 70-100 nΩm |
| Resistencia a la corrosión | Excelente en diversos entornos |
La elevada dureza se debe al refuerzo de la solución sólida, mientras que la estructura FCC confiere una buena ductilidad. Las propiedades pueden adaptarse mediante ajustes de la composición y el procesamiento.
Características del polvo de CoCrFeNi
Algunas características destacadas del polvo de aleación CoCrFeNi son:
- Estructura FCC monofásica carente de fases intermetálicas
- Presencia de gemelos de recocido y fallas de apilamiento
- Morfología de polvo equiaxial con buena fluidez
- Distribución del tamaño del polvo entre 15 y 150 μm
- Alta pureza con bajo contenido de oxígeno
- Polvo de forma esférica y superficie lisa
- Tamaño, forma y composición del polvo personalizables
El polvo presenta una elevada homogeneidad química con una distribución uniforme de los elementos de aleación. La morfología esférica proporciona buenas características de empaquetamiento y flujo.
Aplicaciones del polvo de CoCrFeNi
La excepcional combinación de resistencia, tenacidad y procesabilidad del polvo de CoCrFeNi lo hace adecuado para:
Fabricación aditiva: Excelente imprimibilidad gracias a sus buenas características de fluidez y fusión. Se utiliza en la industria aeroespacial, herramientas e implantes biomédicos.
Revestimientos por pulverización térmica: Resistencia al desgaste, la corrosión y el reblandecimiento térmico. Recubrimientos para aplicaciones mecánicas, marinas y químicas.
Desarrollo de la aleación: Material base para nuevas aleaciones de alta entropía con adiciones de Al, Ti, etc.
Moldeo por inyección de metales: Piezas de alta rigidez con buena estabilidad dimensional para aviación y automoción.
Pulvimetalurgia: Piezas de P/M de alto rendimiento con resistencia y ductilidad equilibradas.
Aplicaciones criogénicas: Conservación de la ductilidad y la tenacidad a temperaturas bajo cero.
Especificaciones del polvo de CoCrFeNi
El polvo de aleación CoCrFeNi está disponible en varios tamaños, composiciones y formas:
| Parámetro | Variantes |
|---|---|
| Tamaños | 15-25 μm, 25-45 μm, 45-75 μm, 75-105 μm, 105-150 μm |
| Composición | Equiatomic, relaciones elementales personalizadas |
| Forma de polvo | Esférica, irregular |
| Método de producción | Atomización gas/agua, aleación mecánica |
| Formulario de suministro | Polvo suelto, preformas sinterizadas |
Los tamaños de polvo más grandes, de 45-150 μm, son los preferidos para la pulverización térmica y el moldeo por inyección de metales. Los tamaños más finos de 15-45 μm se utilizan para la fabricación aditiva. Los polvos pueden personalizarse en cuanto a forma, tamaño, contenido de oxígeno y fluidez.
Proveedores de polvo de CoCrFeNi
Algunos de los principales proveedores mundiales de polvo de aleación de alta entropía CoCrFeNi son:
| Empresa | Capacidad de producción | Ubicación |
|---|---|---|
| Sandvik | 200 toneladas al año | Suecia |
| Praxair | 150 toneladas al año | EE.UU. |
| Hoganas | 100 toneladas al año | Suecia |
| CNPC Polvo | 50 toneladas al año | China |
| Tecnologías Carpenter | 40 toneladas al año | EE.UU. |
Los polvos se producen generalmente mediante métodos de atomización con gas o agua. Estos proveedores pueden ofrecer composiciones y tamaños de polvo personalizados.
Precios
| Tamaño del polvo | Precios |
|---|---|
| 15-45 micras | $150-200 por kg |
| 45-105 micras | $100-150 por kg |
| 105-150+ micras | $80-120 por kg |
Los tamaños de polvo más grandes son más baratos debido a los mayores índices de producción en la atomización. Las aleaciones y composiciones a medida tienen un precio más elevado. Los precios del polvo han ido bajando debido a la creciente competencia y capacidad del mercado.
Ventajas e inconvenientes del polvo de CoCrFeNi
| Ventajas | Limitaciones |
|---|---|
| Resistencia y dureza excepcionales | Costes de material elevados debido al Co y al Ni |
| Excelente ductilidad y tenacidad | Datos limitados sobre el rendimiento a largo plazo |
| Buena fabricabilidad por AM, MIM, PM | Retos de procesamiento con control microestructural |
| Estabilidad térmica y microestructural | La composición debe controlarse con precisión |
| Alta resistencia a la corrosión y al desgaste | Procesabilidad inferior a la de las aleaciones convencionales |
| Mantiene la resistencia a temperaturas elevadas | A menudo requiere postprocesamiento HIP |
El polvo de CoCrFeNi HEA permite obtener componentes con combinaciones de propiedades inigualables. Sin embargo, los costes de material y procesamiento son elevados. La microestructura y las propiedades dependen en gran medida de un control preciso de la composición.
Comparación con alternativas
Vs. Polvos de acero inoxidable
- Mayor resistencia y dureza
- Mayor resistencia al desgaste y a la corrosión
- Coste más elevado del material de base
- Menor procesabilidad y soldabilidad
Vs. Polvos de acero para herramientas
- Mejor ductilidad y resistencia a la fractura
- Menor resistencia a altas temperaturas
- Métodos de transformación menos arraigados
- Disponibilidad limitada de variantes de tamaño y aleación
Vs. Polvos de superaleación Inconel
- Resistencia comparable a altas temperaturas
- Material de menor coste
- Menor historial de resultados
- Estabilidad microestructural limitada a temperaturas muy elevadas
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué es el polvo de aleación de alta entropía (HEA)?
R: El polvo de HEA contiene múltiples elementos principales en proporciones casi equiatómicas para producir propiedades excepcionales de resistencia, ductilidad y estabilidad. El polvo de CoCrFeNi es uno de los principales HEA.
P: ¿Cuáles son los tamaños típicos del polvo de CoCrFeNi disponible?
R: Los rangos de tamaño habituales son 15-45 μm para AM, 45-105 μm para pulverización térmica y 105-150 μm para MIM y otras aplicaciones. Se pueden personalizar tamaños más finos y más gruesos.
P: ¿Qué afecta al precio del Polvo de aleación CoCrFeNi?
R: El tamaño del polvo, la composición, la pureza, el método de producción y la cantidad del pedido determinan el precio. Los tamaños mayores de 100 μm cuestan menos. Las adiciones menores o los rangos de composición más ajustados aumentan el coste.
P: ¿Cómo se produce el polvo de CoCrFeNi HEA?
R: Los principales métodos de producción son la atomización con gas y la atomización con agua. El polvo también puede fabricarse mediante aleación mecánica o criomolienda de lingotes prealeados.
P: ¿Cuáles son algunos ejemplos de aplicaciones del polvo de CoCrFeNi?
R: Los principales usos son la fabricación aditiva de utillaje y componentes aeroespaciales, los recubrimientos por pulverización térmica para la resistencia al desgaste/corrosión, el desarrollo de aleaciones, el moldeo por inyección de metal de piezas de automoción y la pulvimetalurgia de componentes de alto rendimiento.
P: ¿Cuáles son las principales propiedades del polvo de CoCrFeNi HEA?
R: Presenta una combinación excepcional de alta resistencia, dureza, ductilidad, tenacidad a la fractura, estabilidad térmica y resistencia a la corrosión en comparación con las aleaciones convencionales.
P: ¿Cuáles son las limitaciones del polvo de CoCrFeNi?
R: Algunas desventajas son el elevado coste del material de base, las dificultades de procesamiento para controlar la microestructura, los limitados datos sobre rendimiento a largo plazo y la menor soldabilidad en comparación con los aceros.
P: ¿En qué se diferencia el polvo de CoCrFeNi de los aceros para herramientas y los aceros inoxidables?
R: Tiene una resistencia y una dureza muy superiores, pero una procesabilidad inferior a la de los aceros inoxidables. En comparación con los aceros para herramientas, ofrece una tenacidad a la fractura y una ductilidad superiores.
P: ¿Es adecuado el CoCrFeNi para aplicaciones criogénicas?
R: Sí, conserva una buena ductilidad y tenacidad a temperaturas bajo cero, mientras que las aleaciones convencionales se vuelven quebradizas. Esto la hace útil para equipos criogénicos.
P: ¿Se puede personalizar la composición del polvo de CoCrFeNi?
R: Sí, los proveedores pueden proporcionar proporciones elementales personalizadas más allá de la composición equiatómica. Los ajustes habituales son 1-2 at.% de Mn o Co añadidos para adaptar las propiedades.
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