Polvo de CuCrZr para impresión 3D metálica

Polvo de CuCrZr

El polvo de CuCrZr es un polvo de aleación compuesto de cobre (Cu), cromo (Cr) y circonio (Zr). Ofrece una combinación única de propiedades que lo hacen adecuado para aplicaciones de alto rendimiento que requieren alta resistencia, buena conductividad y resistencia al ablandamiento a temperaturas elevadas.

Composición del polvo de CuCrZr

CuCrZr es una aleación endurecida por precipitación, lo que significa que su alta resistencia procede de precipitados coherentes formados en la matriz metálica. La composición desempeña un papel clave en la obtención de una respuesta óptima de endurecimiento por precipitación. Estos son los rangos de composición típicos:

Elemento	Gama de composición
Cobre (Cu)	Resto
Cromo (Cr)	0,5 - 1,2 wt%
Circonio (Zr)	0,03 - 0,3 wt%

• El cobre forma la matriz y proporciona conductividad térmica y eléctrica.
• El cromo contribuye al fortalecimiento de la solución sólida y forma precipitados para impedir el movimiento de dislocación.
• El circonio forma precipitados coherentes con el cobre que permiten el endurecimiento por precipitación.

El contenido de cromo y circonio se optimiza para maximizar la resistencia mediante el endurecimiento por precipitación, al tiempo que se mantiene una conductividad decente.

Propiedades del polvo de CuCrZr

El polvo de CuCrZr ofrece una combinación excepcional de fuerza, conductividad y resistencia al calor debido a su naturaleza endurecida por precipitación. Estas son algunas de sus propiedades clave:

Propiedad	Valor
Densidad	8,8 g/cm3
Conductividad eléctrica	22 - 48% IACS
Conductividad térmica	200 - 300 W/m-K
Punto de fusión	1065°C
Coeficiente de dilatación térmica	16,5 x 10-6 /°C
Módulo elástico	124 GPa
Límite elástico	350 - 650 MPa
Alargamiento	8-15%
Resistencia a la oxidación	Bueno hasta 900°C

• Tiene alta resistencia procedente del endurecimiento por precipitación, conservando una conductividad moderada. La resistencia puede adaptarse mediante tratamiento térmico.
• Excelente conductividad en comparación con los aceros inoxidables endurecidos por precipitación debido al mayor contenido de cobre en la matriz.
• Buena resistencia al calor con resistencia y retención de la conductividad hasta 400-500°C. Menos propenso al reblandecimiento en comparación con otras aleaciones de Cu.
• Resistente a la oxidación y la corrosión debido a la formación de escamas protectoras de óxido de Cr2O3.

Este perfil de propiedades único hace que el CuCrZr sea adecuado para aplicaciones como electrodos de soldadura por resistencia, componentes de gestión térmica y muelles de alta temperatura.

Aplicaciones y usos del polvo de CuCrZr

Las equilibradas propiedades del polvo de CuCrZr lo hacen adecuado para las siguientes aplicaciones:

Aplicación	Motivo de uso
Electrodos de soldadura por resistencia	Alta resistencia, buena conductividad, resistencia a la deformación a temperaturas elevadas
Disipadores y tubos de calor	Alta conductividad térmica combinada con resistencia a altas temperaturas
Contactos y conectores eléctricos	Buena conductividad, alta resistencia que permite la miniaturización
Muelles de alta temperatura	Mantenimiento de la resistencia a temperaturas elevadas
Aleaciones de sellado de vidrio	Coincidencia exacta del CET con el vidrio de borosilicato

• Electrodos de soldadura por resistencia - Su excelente conductividad genera menos calor al soldar, lo que permite tiempos de soldadura más rápidos. Su alta resistencia hace que las puntas de los electrodos no se deformen.
• Gestión térmica - Se utiliza en intercambiadores de calor, disipadores de calor, tuberías de calor, etc., donde la alta conductividad térmica disipa rápidamente el calor manteniendo la integridad mecánica.
• contactos electricos - Puede sustituir a los contactos de cobre berilio en muchas aplicaciones debido a su resistencia superior y conductividad similar.
• Muelles de alta temperatura - Se utiliza para muelles que funcionan hasta 500°C sin perder capacidad de carga, a diferencia de los muelles de acero.
• Juntas vidrio-metal - Su CET coincide con el del vidrio de borosilicato, lo que permite aplicaciones de sellado de vidrio de baja tensión.

La capacidad de endurecimiento por precipitación del CuCrZr permite adaptar la resistencia a los requisitos específicos de la aplicación simplemente modificando los parámetros del tratamiento térmico.

Especificaciones del polvo de CuCrZr

El polvo de CuCrZr está disponible en varios tamaños y purezas, y puede personalizarse según las necesidades de la aplicación. Estas son algunas de las especificaciones más comunes:

Especificación	Detalles
Tamaños	10 - 150 micras
Pureza	Hasta 99,9%
Contenido en carbono	<100 ppm
Contenido de oxígeno	<500 ppm
Forma de las partículas	Esférica, irregular
Densidad aparente	Hasta 80% de densidad teórica
Caudal	Hasta 25 s/50 g

• El tamaño del polvo afecta directamente a la densidad y al acabado superficial de las piezas acabadas. Un polvo más fino produce una mayor densidad y un mejor acabado superficial.
• La alta pureza reduce los problemas de contaminación durante la consolidación y mejora las propiedades finales.
• El polvo atomizado con gas tiene una morfología esférica suave, ideal para la fabricación aditiva. El polvo atomizado con agua tiene una forma irregular útil para aplicaciones de prensado y sinterización.
• La densidad aparente indica el grado de compactación del polvo. Las densidades más altas mejoran la sinterización.
• El caudal influye en la facilidad de manipulación del polvo y en el llenado uniforme de las matrices en los procesos de prensado y sinterización.

Los atributos del polvo pueden personalizarse, como la distribución del tamaño de las partículas, la forma, la densidad aparente, etc., según los requisitos de la aplicación.

Métodos de consolidación del polvo de CuCrZr

El polvo de CuCrZr puede consolidarse en componentes totalmente densos utilizando métodos como:

Método de consolidación	Detalles
Fabricación aditiva	Fusión selectiva por láser, Fusión por haz de electrones
Prensado y sinterización	Seguido de infiltración o tratamiento térmico posterior
Prensado isostático en caliente	Densificación completa del polvo encapsulado
Extrusión	Forja de polvo mezclado con lubricantes
Sinterización por plasma	Densificación rápida mediante corriente pulsada

Los métodos de fabricación aditiva, como la fusión selectiva por láser y la fusión por haz de electrones, se utilizan habitualmente para producir piezas complejas de CuCrZr con forma de red y microestructura fina directamente a partir del polvo.

El método de prensado y sinterización es económico para la producción de grandes volúmenes, pero implica múltiples pasos. Las propiedades finales dependen de la temperatura de sinterización, el tiempo, la atmósfera, etc.

El prensado isostático en caliente aplica una alta presión que permite la densificación completa a temperaturas más bajas. Reduce la porosidad de las piezas fabricadas aditivamente y mejora la vida a fatiga.

La extrusión y el sinterizado por plasma de chispa son métodos alternativos adecuados para geometrías más sencillas. El proceso de consolidación influye en la microestructura final, las propiedades y el rendimiento.

Tratamiento térmico de la aleación CuCrZr

Una ventaja clave de la aleación CuCrZr es su respuesta al endurecimiento por precipitación. Los tratamientos térmicos de solubilización y envejecimiento pueden alterar significativamente su resistencia según los requisitos:

Tratamiento térmico	Detalles
Recocido de soluciones	850-980°C, enfriamiento con agua. Disuelve los precipitados, ablanda la aleación.
Envejecimiento	350-500°C durante 1-4 horas. Controla la precipitación y el endurecimiento.
Aliviar el estrés	350°C durante 1 hora. Elimina las tensiones residuales.

El recocido en solución disuelve el cromo y el circonio en solución sólida, seguido de un enfriamiento rápido para formar una solución sólida sobresaturada. El posterior tratamiento de envejecimiento nuclea finos precipitados coherentes que dan lugar al endurecimiento por precipitación.

El tiempo y la temperatura de envejecimiento controlan directamente la respuesta de endurecimiento. Una temperatura de envejecimiento más baja y tiempos más cortos preservan la conductividad. El endurecimiento por precipitación puede triplicar la resistencia en comparación con el estado disuelto.

El alivio de tensiones ayuda a reducir las tensiones residuales del trabajo previo en frío o en caliente para minimizar la distorsión durante el mecanizado.

Comparación del polvo de CuCrZr con otras alternativas

El CuCrZr compite con aleaciones como los aceros inoxidables endurecidos por precipitación, el cobre berilio y la alpaca:

Aleación	CuCrZr	17-4PH SS	Be-Cu	Ni-Ag
Fuerza	Excelente	Excelente	Feria	Bien
Conductividad	Bien	Pobre	Excelente	Bien
Trabajabilidad	Feria	Bien	Excelente	Excelente
Soldabilidad	Feria	Feria	Excelente	Bien
Coste	Moderado	Alta	Muy alta	Moderado

• Inoxidable 17-4PH tiene una resistencia comparable pero una conductividad significativamente menor debido a su mayor contenido en Cr y Ni.
• Cobre berilio tiene una excelente conductividad pero niveles de resistencia inferiores. Es caro y presenta problemas de toxicidad.
• Alpaca tiene buena resistencia pero temperaturas de funcionamiento más bajas. Excelente conformabilidad.
• CuCrZr ofrece el mejor equilibrio entre resistencia, conductividad, trabajabilidad y coste para muchas aplicaciones.

Para la combinación de resistencia y conductividad, el CuCrZr proporciona un mayor rendimiento y un menor coste en comparación con los aceros inoxidables endurecidos por precipitación o las aleaciones de cobre berilio.

Proveedores de polvo de CuCrZr

El polvo de CuCrZr lo suministran productores de polvos metálicos especiales. Estos son algunos de los principales proveedores:

Proveedor	Atributos del polvo
Sandvik	Gama de tamaños 10-150 μm, Densidad aparente hasta 65%, Polvo irregular y esférico.
Hoganas	Gama de tamaños 45-150 μm, Densidad aparente hasta 80%, Polvo esférico, Alta pureza.
Pometon	Gama de tamaños 10-63 μm, Densidad aparente hasta 65%, Polvo esférico e irregular.
CNPC Polvo	Gama de tamaños 10-150 μm, Densidad aparente hasta 75%, Alta pureza.

Hay disponibles varios grados de polvo optimizados para aplicaciones de fabricación aditiva, prensado y sinterización, o adaptados a los requisitos específicos del cliente.

Los proveedores reputados realizan controles de calidad exhaustivos en la producción de polvo y proporcionan certificados de molienda con pruebas de la composición de los lotes.

Precios del polvo de CuCrZr

Como polvo de aleación especial, el CuCrZr es más caro que los polvos de material estándar. A continuación se muestran algunos rangos de precios típicos:

Grado de polvo	Tamaño de las partículas	Precios
CuCrZr para AM	15-45 μm	$100-150 por kg
CuCrZr para prensa y sinterización	45-150 μm	$50-100 por kg
CuCrZr de gran pureza	10-45 μm	$180-250 por kg

• El polvo fino inferior a 45 micras suele ser superior a $100/kg, ideal para la fabricación aditiva.
• El polvo más grueso de 45-150 micras cuesta $50-100/kg, adecuado para la ruta de prensado y sinterizado.
• El polvo de gran pureza (>99,9%) destinado a aplicaciones críticas tiene un precio superior a $180/kg.
• La reducción del contenido de oxígeno y carbono mejora la consolidación y las propiedades finales.
• Los precios varían en función de la cantidad, la gama de tamaños y el nivel de calidad del polvo.

Se pueden negociar con los proveedores descuentos por volumen desde 1 kg hasta varias toneladas. El polvo de alta pureza con distribución granulométrica controlada atrae precios más altos.

Polvo de CuCrZr: Salud y seguridad

Como la mayoría de los polvos metálicos, el polvo de CuCrZr requiere una manipulación cuidadosa para minimizar los riesgos para la salud y la seguridad:

Peligro	Precauciones	EPI
Contacto visual	Evitar el contacto directo. No frotarse los ojos tras la exposición. Aclarar con agua en caso de contacto.	Gafas de protección
Contacto con la piel	Evitar el contacto directo. Lavar bien las zonas afectadas con agua y jabón.	Guantes
Inhalación	Evitar respirar el polvo. Asegurar una ventilación adecuada.	Respiradores homologados
Ingestión	Evitar el contacto mano-boca. Lávese las manos después de la manipulación.	–
Fuego	Utilice arena seca para extinguir el fuego de polvo metálico. No utilice agua.	Equipos de seguridad contra incendios

• Utilizar EPI - gafas, guantes, respirador al manipular el polvo para minimizar el contacto.
• Practique una buena higiene después de trabajar con polvo.
• Evitar la acumulación de polvo en las superficies.
• Almacenar los envases cerrados en lugar fresco y seco, lejos de fuentes de ignición.

Consulte la FDS para obtener información completa sobre seguridad. Obtenga asistencia médica si la exposición causa irritación. Contar con protocolos de seguridad adecuados minimiza los riesgos al manipular polvo de CuCrZr.

Inspección y ensayo de polvo de CuCrZr

Para garantizar una alta calidad y consistencia, el polvo de CuCrZr debe inspeccionarse y someterse a pruebas:

Parámetro	Método	Especificación
Composición química	XRF, química húmeda	Conformidad con el contenido especificado de Cu, Cr y Zr
Distribución granulométrica	Difracción láser, tamizado	Mediana del tamaño, D10, D90 dentro del intervalo especificado
Morfología del polvo	Imágenes SEM	Forma esférica, satélites mínimos para el polvo AM
Densidad aparente	Caudalímetro Hall	Según lo especificado para la aplicación
Caudal	Caudalímetro Hall	Según lo especificado para la aplicación
Impurezas	Análisis ICP, LECO	Bajo contenido en oxígeno y nitrógeno

Unas pruebas de control de calidad durante el proceso y una inspección final adecuadas garantizan que el polvo cumple los atributos químicos, físicos y morfológicos necesarios para la aplicación prevista. Tanto el productor de polvo como el usuario deben realizar pruebas rutinarias.

Preguntas frecuentes

Q. ¿Para qué se utiliza la aleación CuCrZr?

A. El CuCrZr se utiliza en aplicaciones que requieren una alta resistencia combinada con una buena conductividad eléctrica y térmica, como electrodos de soldadura por resistencia, disipadores de calor y muelles de alta temperatura.

Q. ¿Cómo se fabrica el polvo de CuCrZr?

A. El CuCrZr se produce mediante atomización con gas o atomización con agua de la aleación fundida para crear finas partículas de polvo esféricas o irregulares de tamaño óptimo para su uso en AM o prensado y sinterizado.

Q. ¿Qué afecta a las propiedades de las piezas de CuCrZr?

A. Las propiedades dependen de la composición, la calidad del polvo, el método y los parámetros de consolidación, el tratamiento térmico y la microestructura. La capacidad de endurecimiento por precipitación del CuCrZr también permite personalizar la resistencia.

Q. ¿Cuál es la diferencia entre el polvo de CuCrZr atomizado con gas y el atomizado con agua?

A. El polvo atomizado con gas tiene una morfología esférica ideal para el procesamiento AM, mientras que el polvo atomizado con agua tiene una forma irregular adecuada para aplicaciones de prensado y sinterizado.

Q. ¿Necesita tratamiento térmico la aleación CuCrZr?

A. Sí, los tratamientos térmicos de recocido por disolución y envejecimiento permiten optimizar la resistencia y la conductividad mediante el control de la precipitación en la microestructura de la aleación.

Q. ¿Cuál es el precio habitual del polvo de CuCrZr?

A. El polvo de CuCrZr oscila entre $50/kg para el grado de prensado y sinterizado y $250/kg para el polvo de grado AM de alta pureza. Las fracciones más finas y de mayor pureza aumentan el coste.