코발트 크롬 CoCrMo 분말
코발트 크롬 CoCrMo 분말, 특히 CoCrMo는 금속 사출 성형(MIM) 및 적층 제조(AM)와 같은 다양한 금속 분말 애플리케이션에 사용되는 코발트 기반 합금 분말입니다.
코발트 크롬 CoCrMo 합금 분말에 대한 몇 가지 주요 세부 정보입니다:
- 구성 - 주로 코발트와 크롬, 몰리브덴, 그리고 텅스텐, 니켈, 철, 실리콘, 망간, 탄소와 같은 소량의 다른 원소로 이루어져 있습니다.
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목차
개요
코발트 크롬 CoCrMo 분말, 특히 CoCrMo는 금속 사출 성형(MIM) 및 적층 제조(AM)와 같은 다양한 금속 분말 애플리케이션에 사용되는 코발트 기반 합금 분말입니다.
코발트 크롬 CoCrMo 합금 분말에 대한 몇 가지 주요 세부 정보입니다:
- 구성 - 주로 코발트와 크롬, 몰리브덴, 그리고 텅스텐, 니켈, 철, 실리콘, 망간, 탄소와 같은 소량의 다른 원소로 이루어져 있습니다.
- 특성 - 우수한 기계적 특성, 내식성, 내마모성 및 생체 적합성
- 제조 공정 - 일반적으로 가스 분무 공정을 통해 생산됩니다.
- 입자 크기 - 일반적으로 10미크론에서 45미크론까지 다양합니다.
- 애플리케이션 - 의료용 임플란트, 치과용 임플란트, 항공우주 및 자동차 부품
코발트 크롬 CoCrMo 분말 유형
| 유형 | 구성 | 특성 |
|---|---|---|
| CoCrMo 합금 | Co - 균형/잔류크롬 - 27-30%Mo - 5-7%Si, Mn, C, Fe - <1% | 우수한 강도, 경도, 내식성금속 사출 성형에 적합내마모성 우수 |
| 저탄소 CoCrMo | Co - 균형/잔류크롬 - 27-30%Mo - 5-7%Si, Mn, C - <0.05% Fe - <0.75% | 저탄소로 연성 향상융착 결함 감소 개선균열에 대한 민감성 감소AM/3D 프린팅에 더 적합 |
코발트 크롬 CoCrMo 분말 속성
코발트 크롬 합금 분말은 기계적 특성, 내식성 및 생체 적합성이 균형 있게 결합되어 있어 까다로운 응용 분야에 적합합니다.
| 속성 | 세부 정보 |
|---|---|
| 힘 | 최대 인장 강도: 120~230ksi항복 강도: 110~150ksi |
| 경도 | 로크웰 경도: 25~35 HRC비커스 경도: 350 ~ 450 HV |
| 밀도 | 8.3g/cc |
| 융점 | 1260~1350°C(2300~2460°F) |
| 열 전도성 | 9~12W/m-K |
| 전기 저항 | 94 ~ 108μΩ-cm |
| 열팽창 계수 | 14~16μm/m-°C |
| 탄성 계수 | 230~253 GPa |
| 신장 | 8 ~ 35% |
코발트 크롬 CoCrMo 분말 응용 분야
코발트 크롬 합금 분말은 다재다능한 특성 덕분에 의료, 치과, 항공우주, 자동차 등 여러 주요 산업 분야에서 사용되고 있습니다.
| 산업 | 애플리케이션 | 구성 요소 |
|---|---|---|
| 의료/치과 | 임플란트, 보철물 | 고관절 임플란트, 무릎 임플란트, 뼈판, 나사못 |
| 항공우주 | 터빈 블레이드, 랜딩 기어 | 블레이드, 샤프트, 디스크, 기어 |
| 자동차 | 밸브, 펌프, 툴링 | 엔진 밸브, 밸브 시트, 링 기어 |
| 산업 | 마모 및 부식 부품 | 씰, 밸브, 펌프 구성품 |
코발트 크롬 CoCrMo 분말 사양
코발트 크롬 합금 분말은 입자 크기 분포 및 특성뿐만 아니라 조성 제한에 관한 여러 국제 및 지역 표준을 준수합니다. 일반적으로 사용되는 등급은 ASTM F75, F799 및 F1537 사양 분말입니다.
| 표준/사양 | 지역 | 허용되는 요소 | 입자 크기 | 속성 |
|---|---|---|---|---|
| ASTM F75 | 미국 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni | 10~45미크론 | 제어된 O, N 제한코발트 ≥58% Cr 27 ~ 301TP3경도 35 HRC(분)UTS 120 ksi(분)항복 강도 80 ksi(분)연신율 15%(분) |
| ASTM F799 | 미국 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe | 15~45미크론 | 낮은 C 함량개선된 AM 특성코발트 ≥58% Cr 19 ~ 21% |
| ASTM F1537 | 미국 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C | 10~45미크론 | MIM 애플리케이션에 사용수정된 F75 구성 |
코발트 크롬 CoCrMo 분말 제조업체 및 공급업체
주요 산업 전반에 걸쳐 MIM 및 적층 가공에 필요한 코발트 크롬 분말을 제조하는 글로벌 선도 공급업체가 여러 곳 있습니다. 이들은 지역 표준을 준수하는 다양한 등급을 제공합니다.
| 공급업체 | 성적 | 허용되는 요소 | 입자 크기 | 추가 정보 |
|---|---|---|---|---|
| 샌드빅 오스프리 | ASTM F75ASTM F799 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, NiW, N | 15~45미크론 | 구형 가스 분무 분말맞춤형 합금 낮은 O, N 함량 |
| 프렉스에어 | F75F1537F799 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni | 15~45미크론 | AM과 MIM의 등급 선택고순도 |
| 목수 첨가제 | F75F799 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni | 15~45미크론 | 낮은 O, NH높은 탭 밀도구형 형태 |
| 에라스틸 | F799F75커스텀 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni | 10~45미크론 | 산소/질소 맞춤형 고순도 원자화 |
코발트 크롬 CoCrMo 분말 가격
| 공급업체 | 등급 | 입자 크기 | 가격 |
|---|---|---|---|
| 샌드빅 오스프리 | ASTM F75 | 15-45 미크론 | $75/kg |
| 프렉스에어 | ASTM F799 | 25-45 미크론 | $60/kg |
| 목수 첨가제 | 사용자 지정 F75 | 25-45 미크론 | $90/kg |
| 에라스틸 | ASTM F1537 | 15-45 미크론 | $70/kg |
가격은 공급업체, 등급 및 사양 준수 여부, 입자 크기 범위, 구매 수량/량, 지역 등의 요인에 따라 달라집니다.
코발트 크롬 CoCrMo 분말의 장점
- 200ksi 이상의 UTS로 높은 강도
- 고온에서 강도와 연성 유지
- 뛰어난 내마모성 및 내마모성
- 특히 염화물 환경에서 뛰어난 내식성 제공
- 낮은 자기 투과성
- 뛰어난 생체 적합성 및 생체 비활성성
- 맞춤형 기계적 특성
코발트 크롬 CoCrMo 분말의 제한 사항
- 스틸 파우더에 비해 상대적으로 비싼 가격
- 다른 합금보다 낮은 열전도율
- 특성 최적화를 위한 열처리 필요
- 부적절하게 처리할 경우 제조 결함이 발생할 수 있습니다.
- 내부 산화와 질산염을 완전히 피하기 어려움
- 생체 적합성에 영향을 미치는 금속 이온을 방출합니다.
코발트 크롬 대 스테인리스강 분말
| 매개변수 | 코발트 크롬 | 스테인리스 스틸 |
|---|---|---|
| 힘 | 더 높음 | Lower |
| 경도 | 더 높음 | 낮음에서 중간 |
| 내식성 | 크게 개선됨 | 보통 |
| 생체 적합성 | 순수 합금으로 인한 우수성 | 구성에 따라 다름 |
| 비용 | 더 비싼 | 저렴한 가격 |
| 공정성 | 빠른 냉각 속도가 필요하기 때문에 더 어려운 문제 | 손쉬운 처리 |
| 애플리케이션 | 더 중요한, 하중을 견디는 임플란트 | 덜 중요한 임시 임플란트 |
코발트 크롬 대 티타늄 분말
| 매개변수 | 코발트 크롬 | 티타늄 |
|---|---|---|
| 밀도 | 더 무겁다 | 라이터 |
| 힘 | 비슷하거나 약간 높음 | 약간 낮음 |
| 경도 | 더 높음 | 낮음에서 중간 |
| 생체 적합성 | 유사, 장기적으로 확인된 문제 없음 | 안정적인 산화물 층으로 우수 |
| 내식성 | 훨씬 더 개선되고 안정적인 산화물 층 | 보통, 일부 환경에 취약함 |
| 비용 | 더 비싼 | 저렴한 가격(CP 티타늄) |
| 제작 난이도 | 높을수록 빠른 냉각 제어 필요 | 프로세스 가변성을 낮추고 더 많은 공간 확보 |
| 애플리케이션 | 관절 교체를 위한 영구 임플란트 | 영구 및 임시 임플란트 모두 |
금속 사출 성형용 코발트 크롬 CoCrMo 분말
금속 사출 성형은 미세한 코발트 크롬 분말과 열가소성 바인더를 혼합하여 사용합니다. 그런 다음 폴리머 사출 성형의 정밀한 형상 제작 기능을 활용하여 균일한 공급 원료를 복잡한 그물 모양의 부품으로 성형합니다.
MIM용 CoCrMo 합금 조성물
- 일반 코발트 - 잔량/잔여량
- 크롬 - 28 ~ 30wt%
- 몰리브덴 - 5~7wt%
- 탄소 - 낮게 유지, <0.05wt%
- 철, 망간 - 소량
- 니켈, 질소 - 최소화됨
CoCrMo 파우더를 사용한 MIM의 이점
- 다른 방법으로는 불가능한 복잡한 그물 모양의 부품 제공
- 거의 전체 밀도에 가까운 균일한 미세 구조
- 주조 또는 단조 합금과 동등하거나 더 우수한 특성
- 고가의 2차 가공 최소화
- 작고 섬세한 피처와 얇은 벽 허용
- 일관된 치수 공차 및 표면 마감 처리
- 중간 규모에 비용 효율적
CoCrMo 분말을 사용한 MIM 프로세스 단계
전문화된 MIM 프로세스에는 공급 원료를 맞춤형 특성을 지닌 고밀도 최종 사용 부품으로 변환하는 여러 주요 단계가 포함됩니다.
| 단계 | 세부 정보 |
|---|---|
| 믹싱 | 공급원료 생산을 위해 바인더와 혼합된 CoCrMo 분말 |
| 사출 성형 | 그물망에 가까운 복잡한 부품으로 정밀하게 성형된 공급원료 |
| 디바인딩 | 용매 및 열 사이클을 통해 폴리머 바인더 제거 |
| 소결 | 고온에서 CoCrMo 분말을 고밀도화하기 위한 제어 용광로 공정 |
| 포스트 프로세싱 | 2차 열처리 또는 열간 등방성 프레스가 자주 적용됩니다. |
| 마무리 | 필요한 경우 추가 가공, 연마 또는 연마하기 |
MIM 코발트 크롬 머티리얼 속성
MIM을 사용하면 다양한 기계적 특성과 내식성을 갖춘 CoCrMo 합금을 얻을 수 있습니다. 소결 후 열처리를 통해 특성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
| 속성 | 소결 상태 | 열처리 상태 | 단조 코크롬모합금 |
|---|---|---|---|
| 밀도 | 8.20-8.30g/cc | 8.25-8.35g/cc | 8.3g/cc |
| 경도 | 25-35 HRC | 38-55 HRC | 35-55 HRC |
| 궁극의 인장 강도 | 75-100 ksi | 120-220 ksi | 120-300 ksi |
| 수율 강도 | 50-85 ksi | 110-200 ksi | 110-250 ksi |
| 신장 | 8-25% | 3-30% | 8-35% |
MIM CoCrMo 애플리케이션
MIM은 정형외과 및 항공우주 산업의 핵심 애플리케이션을 위한 얇은 벽, 언더컷, 숨겨진 채널을 갖춘 경량, 고강도 CoCrMo 부품을 구현합니다.
| 산업 | 애플리케이션 | 구성 요소 |
|---|---|---|
| 의료 | 관절 대체 임플란트 | 고관절 스템, 무릎 경골 트레이, 척추 케이지 |
| 항공우주 | 추력 노즐, 랜딩 기어 | 스테이터스, 브래킷, 액추에이터 |
| 자동차 | 연료 시스템 | 인젝터 본체, 펌프 |
| 석유 및 가스 | 드릴링 | 스위블 하우징, 밸브 플레이트, 씰 |
적층 제조용 코발트 크롬 CoCrMo 분말
코발트 크롬 CoCrMo 분말을 활용한 적층 제조는 뼈가 성장할 수 있도록 다공성 구조를 생성하는 능력으로 금속 임플란트 생산에 혁신을 일으키고 있습니다.
CoCrMo를 사용한 적층 제조의 이점
- 환자 맞춤형 정형외과 임플란트
- 골 유착을 위한 다공성 구조 제어
- 기존 감산 기법에 비해 낭비 감소
- 재고 감소로 공급망 간소화
- 주조로는 불가능한 복잡하고 유기적인 형상을 자유롭게 디자인할 수 있습니다.
- 값비싼 맞춤형 툴링 제거
- 단조 특성에 필적하는 고밀도, 고강도 구성 요소
CoCrMo를 위한 가장 일반적인 적층 제조 공정
바인더 제팅, DED와 같은 다양한 금속 적층 기술이 존재하지만, 코발트 크롬 정형외과 임플란트에 가장 널리 채택된 공정은 레이저 분말 베드 용융(L-PBF)입니다.
레이저 파우더 베드 용융 적층 제조 공정 개요
| 단계 | 세부 정보 |
|---|---|
| 3D 모델 | 환자 스캔을 기반으로 CAD 소프트웨어에서 생성된 임플란트 디자인 |
| 슬라이싱 | 시스템을 위한 빌드 지침으로 디지털 방식으로 레이어로 분할된 모델 |
| 파우더 증착 | 빌드 플레이트에 고르게 퍼진 CoCrMo 파우더 |
| 레이저 용융 | 집속 레이저는 각 슬라이스에 따라 분말을 선택적으로 녹입니다. |
| 재코팅 | 신선한 CoCrMo 파우더를 위에 뿌립니다. |
| 단계 반복 | 전체 부품이 제작될 때까지 단계가 레이어별로 반복됩니다. |
| 포스트 프로세싱 | 과도한 파우더 제거 및 열처리 적용 |
AM용 일반적인 CoCrMo 컴포지션
- 코발트 - 잔액/잔여
- 크롬 - 26~30wt%
- 몰리베데넘 - 5 ~ 7 wt%
- 탄소, 질소 - 최소화
- 실리콘, 망간 - <1wt%
- 텅스텐, 철 - <0.75 wt%
CoCrMo AM을 위한 파라미터 최적화
기존 제조 방식에 가까운 최대 밀도와 특성을 달성하려면 코발트 크롬 분말을 위해 특별히 AM 파라미터를 최적화해야 합니다.
| 매개변수 | 일반적인 범위 | 역할 | 효과 |
|---|---|---|---|
| 레이저 파워 | 100-500 W | 각 레이어를 녹입니다. | 빌드 속도, 다공성, 균열에 영향을 미칩니다. |
| 스캔 속도 | 100-1000 mm/s | 에너지 입력 제어 | 용융 풀 깊이, 가열/냉각 속도에 영향을 미칩니다. |
| 해치 간격 | 50-200 μm | 스캔 영역의 중첩 여부 확인 | 용융 및 결합되는 부피 비율을 관리합니다. |
| 레이어 두께 | 20-100 μm | Z 해상도 설정 | 더 얇은 층으로 계단 밟기 효과 감소 |
AM CoCrMo 컴포넌트의 포스트 프로세싱
추가 단계는 적층 제조 공정에서 발생하는 내부 스트레스를 완화하는 동시에 피로 성능을 개선하는 데 도움이 됩니다.
- 스트레스 완화 열처리
- 열간 등방성 프레스(HIP)
- 표면 마감 - 연마, 연마
- 필요한 경우 그물 모양 가공
기계적 특성 - AM과 캐스트 CoCrMo 비교
| 속성 | 조립식 AM | HIP AM | 캐스트 |
|---|---|---|---|
| 밀도 | 8.15-8.25g/cc | 8.20-8.30g/cc | 8.25-8.35g/cc |
| 경도 | 35-50HRC | 35-45 HRC | 35-45 HRC |
| 궁극의 인장 강도 | 120-205 ksi | 130-220 ksi | 120-150 ksi |
| 수율 강도 | 110-185 ksi | 115-200 ksi | 80-130 ksi |
| 신장 | 8-35% | 15-40% | 15-50% |
결론은 세심하게 최적화된 AM 파라미터와 HIP를 결합하면 전통적으로 제조된 코발트 크롬 부품의 기계적 성능에 필적할 수 있다는 것입니다.
자주 묻는 질문
Q: 코발트 크롬 분말은 고온 형상 기억 합금으로서 니티놀 응용 분야에 적합합니까?
A: 아니요, 니티놀은 특별한 형상 기억 및 초탄성 특성을 나타내는 별개의 니켈-티타늄 합금 시스템입니다. CoCr 합금은 형상 기억 합금으로 간주되지 않습니다.
Q: 바인더 제팅 적층 제조에 권장되는 CoCrMo 파우더의 입자 크기 범위는 어느 정도인가요?
A: 패킹 밀도와 소결 역학의 균형을 맞추기 위해 일반적으로 15~45미크론의 입자 크기 범위가 CoCrMo를 사용한 바인더 제팅 AM에 권장됩니다. 25미크론 미만의 미세한 분말은 뭉쳐서 다공성을 증가시킬 수 있습니다.
Q: 내식성이 인쇄된 합금과 단조 및 단조 CoCrMo 합금 간에 큰 차이가 있나요?
A: 적절하게 가공된 AM CoCrMo는 단조 합금의 내식성에 근접합니다. 핵심은 최적화된 가공으로 내부 기공과 미세 균열을 최소화하여 표면 산화층과 비슷한 수준의 보호 기능을 달성하는 것입니다.
Q: 3D 프린팅된 CoCr 부품의 열간 등방성 프레싱(HIP)과 진공 소결의 차이점은 무엇인가요?
A: HIP는 모든 방향에서 높은 열과 등방압을 가하여 진공 소결보다 내부 공극을 더 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 하중을 견디는 임플란트에 중요한 밀도와 피로 성능을 극대화합니다.
Q: MIM 코발트 크롬 합금의 강도는 티타늄 또는 스테인리스강 합금과 비교했을 때 어떤 차이가 있나요?
A: MIM CoCrMo는 일반적으로 더 높은 경도와 탄화물 형성으로 인해 모방 가능한 티타늄 및 스테인리스강 합금(예: Ti6Al4V 및 316L SS)의 강도 수준과 일치하거나 그 이상을 달성합니다.
Q: 파우더 베드 융합 적층 제조 후 CoCrMo 파우더를 재사용할 수 있나요?
A: AM 파우더 재사용은 가능하지만, 재코팅 시 화학적 변화와 포장 불량으로 이어지는 위성 입자의 축적을 최소화하기 위해 가능하면 새로운 버진 파우더를 사용하는 것이 좋습니다.
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