CoCrFeNi-poeder

Overzicht van CoCrFeNi-poeder

CoCrFeNi-poeder, ook bekend als CoCrFeNiMn-poeder of poeder met een hoge entropielegering (HEA), verwijst naar een materiaal dat is samengesteld uit kobalt-, chroom-, ijzer- en nikkelelementen in bijna-equiatomaire verhoudingen. Dit nieuwe legeringspoeder vertoont uitzonderlijke eigenschappen in vergelijking met conventionele legeringen en heeft aanzienlijke belangstelling gewekt voor verschillende toepassingen.

Enkele belangrijke kenmerken van CoCrFeNi-poeder zijn:

• Hoge configuratie-entropie die leidt tot uitstekende sterkte, hardheid, thermische stabiliteit en corrosieweerstand
• FCC-fasemicrostructuur met enkele vaste oplossing
• Uitstekende sterkte-ductiliteitscombinatie
• Hoge breuktaaiheid
• Goede bewerkbaarheid en vervormbaarheid
• Bestand tegen verzachting bij hoge temperaturen
• Aanpasbaar met kleine toevoegingen van elementen zoals mangaan

De unieke wanorde in de atomaire rangschikking van CoCrFeNi zorgt voor superieure mechanische prestaties. De bijna gelijke concentraties van de belangrijkste elementen belemmeren de dislocatiebeweging, waardoor de hardheid verbetert. De meerfasenstructuur zorgt voor een solide oplossingsversterking door middel van roosterspanningseffecten.

Samenstelling van CoCrFeNi-poeder

De samenstelling van CoCrFeNi HEA-poeder kan op maat worden gemaakt, maar bestaat over het algemeen uit:

Element	Typisch compositiebereik
Kobalt (Co)	20-35 bij.%
Chroom (Cr)	20-35 bij.%
Ijzer (Fe)	20-35 bij.%
Nikkel (Ni)	20-35 bij.%

De equiatomaire verhouding zorgt voor maximale configuratie-entropie, maar kleine afwijkingen hebben geen significante invloed op de eigenschappen. Toevoegingen van 1-2 at.% mangaan zijn gebruikelijk om de eigenschappen verder te verbeteren door korrelverfijning en versterking van de neerslag.

Eigenschappen van CoCrFeNi-poeder

CoCrFeNi-legeringspoeder vertoont een unieke combinatie van uitstekende eigenschappen:

Eigendom	Waarden
Dikte	7,5-8,3 g/cm3
Smeltpunt	>1200°C
Microhardheid	2,5-4 GPa
Ultieme treksterkte	500-1300 MPa
Opbrengststerkte	200-1100 MPa
Verlenging	10-60%
Young-modulus	150-250 GPa
Afschuifmodulus	65-85 GPa
Poisson-ratio	0.21-0.33
Breuktaaiheid	>100 MPa√m
Warmtegeleiding	10-30 W/mK
Elektrische weerstand	70-100 nm
Corrosieweerstand	Uitstekend in verschillende omgevingen

De hoge hardheid komt voort uit de versterking van de vaste oplossing, terwijl de FCC-structuur voor een goede ductiliteit zorgt. Door samenstellingsaanpassingen en verwerking kunnen de eigenschappen op maat worden gemaakt.

Kenmerken van CoCrFeNi-poeder

Enkele opvallende kenmerken van CoCrFeNi-legeringspoeder zijn onder meer:

• Eenfasige FCC-structuur zonder intermetallische fasen
• Gloeiende tweelingen en stapelfouten aanwezig
• Gelijkassige poedermorfologie met goede vloeibaarheid
• Poedergrootteverdeling variërend van 15-150 μm
• Hoge zuiverheid met laag zuurstofgehalte
• Bolvormige poedervorm en glad oppervlak
• Aanpasbare poedergrootte, vorm en samenstelling

Het poeder vertoont een hoge chemische homogeniteit met een uniforme verdeling van legeringselementen. De bolvormige morfologie zorgt voor goede pakkings- en vloei-eigenschappen.

Toepassingen van CoCrFeNi-poeder

De uitzonderlijke combinatie van sterkte, taaiheid en verwerkbaarheid van CoCrFeNi-poeder maakt het geschikt voor:

Additieve productie: Uitstekende bedrukbaarheid dankzij goede vloei- en smelteigenschappen. Gebruikt voor lucht- en ruimtevaart, gereedschap en biomedische implantaten.

Thermische spuitcoatings: Weerstand tegen slijtage, corrosie en thermische verzachting. Coatings voor mechanische, maritieme en chemische toepassingen.

Legering ontwikkeling: Basismateriaal voor nieuwe legeringen met hoge entropie met toevoegingen van Al, Ti, enz.

Metaal spuitgieten: Onderdelen met hoge stijfheid en goede maatvastheid voor de luchtvaart en de automobielsector.

Poeder-Metallurgie: Hoogwaardige P/M-onderdelen met uitgebalanceerde sterkte en ductiliteit.

Cryogene toepassingen: Behoud van ductiliteit en taaiheid bij temperaturen onder nul.

Specificaties van CoCrFeNi-poeder

CoCrFeNi-legeringspoeder is verkrijgbaar in verschillende groottes, samenstellingen en vormen:

Parameter	Varianten
Maatbereik	15-25 μm, 25-45 μm, 45-75 μm, 75-105 μm, 105-150 μm
Samenstelling	Equatomische, aangepaste elementaire verhoudingen
Poedervorm	Bolvormig, onregelmatig
Productie methode	Gas/waterverneveling, mechanische legering
Aanvoerformulier	Los poeder, gesinterde preforms

Grotere poedergroottes van 45-150 μm hebben de voorkeur voor thermisch spuiten en metaalspuitgieten. Voor additieve productie worden fijnere maten van 15-45 μm gebruikt. Poeders kunnen qua vorm, grootte, zuurstofgehalte en vloeibaarheid worden aangepast.

Leveranciers van CoCrFeNi-poeder

Enkele toonaangevende wereldwijde leveranciers van CoCrFeNi-legeringspoeder met hoge entropie zijn onder meer:

Bedrijf	Productiecapaciteit	Plaats
Sandvik	200 ton per jaar	Zweden
Praxair	150 ton per jaar	VS
Hoganas	100 ton per jaar	Zweden
CNPC-poeder	50 ton per jaar	China
Timmerman Technologieën	40 ton per jaar	VS

De poeders worden over het algemeen geproduceerd via gas- of watervernevelingsmethoden. Aangepaste poedersamenstellingen en -formaten kunnen bij deze leveranciers worden verkregen.

Prijzen

Poedergrootte	Prijsbereik
15-45 micron	$150-200 per kg
45-105 micron	$100-150 per kg
105-150+ micron	$80-120 per kg

Grotere poedergroottes zijn goedkoper vanwege hogere productiesnelheden bij verneveling. Aangepaste legeringen en samenstellingen zijn hoger geprijsd. De poederprijzen zijn gedaald als gevolg van de toenemende concurrentie en capaciteit op de markt.

Voor- en nadelen van CoCrFeNi-poeder

Voordelen	Beperkingen
Uitstekende sterkte en hardheid	Hoge materiaalkosten door Co en Ni
Uitstekende ductiliteit en taaiheid	Beperkte gegevens over prestaties op lange termijn
Goede verwerkbaarheid door AM, MIM, PM	Verwerkingsuitdagingen met microstructurele controle
Thermische en microstructurele stabiliteit	De samenstelling moet nauwkeurig worden gecontroleerd
Hoge corrosie- en slijtvastheid	Lagere verwerkbaarheid dan conventionele legeringen
Behoudt sterkte bij hoge temperaturen	Vereist vaak HIP-nabewerking

CoCrFeNi HEA-poeder maakt componenten mogelijk met ongeëvenaarde eigenschappencombinaties. De materiaal- en verwerkingskosten zijn echter hoog. Microstructuur en eigenschappen zijn sterk afhankelijk van nauwkeurige samenstellingscontrole.

Vergelijking met alternatieven

versus Roestvrij staalpoeders

• Hogere sterkte en hardheid
• Superieure slijtage- en corrosieweerstand
• Duurdere basismateriaalkosten
• Lagere verwerkbaarheid en lasbaarheid

versus Gereedschapsstaalpoeders

• Betere ductiliteit en breuktaaiheid
• Lagere sterkte bij hoge temperaturen
• Minder gevestigde verwerkingsmethoden
• Beperkte beschikbaarheid van maat- en legeringsvarianten

versus Inconel superlegeringspoeders

• Vergelijkbare sterkte bij hoge temperaturen
• Materiaal met lagere kosten
• Een korter trackrecord van prestaties
• Beperkte microstructurele stabiliteit bij zeer hoge temperaturen

Veelgestelde vragen

Vraag: Wat is HEA-poeder (High Entropy Alloy)?

A: HEA-poeder bevat meerdere hoofdelementen in bijna-equiatomaire verhoudingen om uitzonderlijke eigenschappen van sterkte, ductiliteit en stabiliteit te produceren. CoCrFeNi-poeder is een toonaangevende HEA.

Vraag: Wat zijn de typische maten van CoCrFeNi-poeder beschikbaar?

A: Gangbare maatbereiken zijn 15-45 μm voor AM, 45-105 μm voor thermisch spuiten en 105-150 μm voor MIM en andere toepassingen. Fijnere en grovere maten kunnen op maat worden gemaakt.

Vraag: Wat beïnvloedt de prijs van CoCrFeNi-legeringspoeder?

A: Poedergrootte, samenstelling, zuiverheid, productiemethode en bestelhoeveelheid bepalen de prijs. Grotere maten groter dan 100 μm kosten minder. Kleine toevoegingen of strakkere compositiebereiken verhogen de kosten.

Vraag: Hoe wordt CoCrFeNi HEA-poeder geproduceerd?

A: Gasverneveling en waterverneveling zijn de belangrijkste productiemethoden. Het poeder kan ook worden gemaakt door mechanisch legeren of cryomilling van vooraf gelegeerde blokken.

Vraag: Wat zijn enkele voorbeeldtoepassingen van CoCrFeNi-poeder?

A: Toonaangevende toepassingen zijn additieve productie van gereedschaps- en ruimtevaartcomponenten, thermische spuitcoatings voor slijtvastheid/corrosiebestendigheid, de ontwikkeling van legeringen, metaalspuitgieten van auto-onderdelen en poedermetallurgie van hoogwaardige componenten.

Vraag: Wat zijn de belangrijkste eigenschappen van CoCrFeNi HEA-poeder?

A: Het vertoont een uitzonderlijke combinatie van hoge sterkte, hardheid, ductiliteit, breuktaaiheid, thermische stabiliteit en corrosieweerstand in vergelijking met conventionele legeringen.

Vraag: Wat zijn de beperkingen van CoCrFeNi-poeder?

A: Hoge basismateriaalkosten, verwerkingsuitdagingen bij het controleren van de microstructuur, beperkte prestatiegegevens op de lange termijn, verminderde lasbaarheid in vergelijking met staalsoorten zijn enkele nadelen.

Vraag: Hoe verhoudt CoCrFeNi-poeder zich tot gereedschapsstaal en roestvrij staal?

A: Het heeft een veel hogere sterkte en hardheid, maar een lagere verwerkbaarheid dan roestvrij staal. Vergeleken met gereedschapsstaal biedt het een superieure breuktaaiheid en ductiliteit.

Vraag: Is CoCrFeNi geschikt voor cryogene toepassingen?

A: Ja, het behoudt een goede ductiliteit en taaiheid bij temperaturen onder het vriespunt, terwijl conventionele legeringen bros worden. Dit maakt het nuttig voor cryogene apparatuur.

Vraag: Kan de samenstelling van CoCrFeNi-poeder worden aangepast?

A: Ja, leveranciers kunnen op maat gemaakte elementverhoudingen leveren die verder gaan dan de equiatomaire samenstelling. Veel voorkomende aanpassingen zijn 1-2 at.% Mn- of Co-toevoegingen om de eigenschappen aan te passen.