Proszek CoCrFeNi

Przegląd proszku CoCrFeNi

Proszek CoCrFeNi, znany również jako proszek CoCrFeNiMn lub proszek stopu o wysokiej entropii (HEA), odnosi się do materiału składającego się z kobaltu, chromu, żelaza i niklu w proporcjach zbliżonych do równomolowych. Ten nowy proszek stopowy wykazuje wyjątkowe właściwości w porównaniu z konwencjonalnymi stopami i wzbudził duże zainteresowanie w różnych zastosowaniach.

Niektóre kluczowe cechy proszku CoCrFeNi obejmują:

• Wysoka entropia konfiguracyjna zapewnia wyjątkową wytrzymałość, twardość, stabilność termiczną i odporność na korozję.
• Mikrostruktura fazy FCC z pojedynczym roztworem stałym
• Doskonałe połączenie wytrzymałości i przewodności
• Wysoka odporność na pękanie
• Dobra skrawalność i formowalność
• Odporność na mięknięcie w podwyższonych temperaturach
• Możliwość dostosowania za pomocą niewielkich dodatków pierwiastków, takich jak mangan

Unikalne zaburzenia w układzie atomowym CoCrFeNi zapewniają doskonałe właściwości mechaniczne. Prawie równe stężenie głównych pierwiastków utrudnia ruch dyslokacji, poprawiając twardość. Wielofazowa struktura zapewnia wzmocnienie roztworu stałego poprzez efekty odkształcenia sieciowego.

Skład proszku CoCrFeNi

Skład proszku CoCrFeNi HEA może być dostosowany do indywidualnych potrzeb, ale generalnie składa się z:

Element	Typowy zakres składu
Kobalt (Co)	20-35 at.%
Chrom (Cr)	20-35 at.%
Żelazo (Fe)	20-35 at.%
Nikiel (Ni)	20-35 at.%

Stosunek równomolowy zapewnia maksymalną entropię konfiguracyjną, ale niewielkie odchylenia nie wpływają znacząco na właściwości. Dodatki 1-2 at.% manganu są powszechne w celu dalszej poprawy właściwości poprzez udoskonalenie ziarna i wzmocnienie wytrącania.

Właściwości proszku CoCrFeNi

Proszek stopowy CoCrFeNi wykazuje unikalne połączenie wyjątkowych właściwości:

Nieruchomość	Wartości
Gęstość	7,5-8,3 g/cm3
Temperatura topnienia	>1200°C
Mikrotwardość	2,5-4 GPa
Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie	500-1300 MPa
Wytrzymałość na rozciąganie	200-1100 MPa
Wydłużenie	10-60%
Moduł Younga	150-250 GPa
Moduł ścinania	65-85 GPa
Współczynnik Poissona	0.21-0.33
Wytrzymałość na złamania	>100 MPa√m
Przewodność cieplna	10-30 W/mK
Rezystywność elektryczna	70-100 nΩm
Odporność na korozję	Doskonała w różnych środowiskach

Wysoka twardość wynika ze wzmocnienia roztworu stałego, podczas gdy struktura FCC zapewnia dobrą ciągliwość. Właściwości można dostosować poprzez dostosowanie składu i przetwarzanie.

Charakterystyka proszku CoCrFeNi

Niektóre istotne cechy proszku stopowego CoCrFeNi obejmują:

• Jednofazowa struktura FCC bez faz międzymetalicznych
• Obecne są bliźniaki wyżarzania i uskoki warstwowe
• Równoosiowa morfologia proszku o dobrej sypkości
• Rozkład wielkości proszku w zakresie 15-150 μm
• Wysoka czystość i niska zawartość tlenu
• Sferyczny kształt proszku i gładka powierzchnia
• Możliwość dostosowania rozmiaru, kształtu i składu proszku

Proszek wykazuje wysoką jednorodność chemiczną z równomiernym rozkładem pierwiastków stopowych. Sferyczna morfologia zapewnia dobre właściwości upakowania i płynięcia.

Zastosowania proszku CoCrFeNi

Wyjątkowe połączenie wytrzymałości, ciągliwości i przetwarzalności proszku CoCrFeNi sprawia, że nadaje się on do:

Produkcja addytywna: Doskonała drukowność dzięki dobrej charakterystyce płynięcia i topnienia. Stosowany w przemyśle lotniczym, produkcji narzędzi i implantów biomedycznych.

Powłoki natryskiwane cieplnie: Odporność na zużycie, korozję i zmiękczanie termiczne. Powłoki do zastosowań mechanicznych, morskich i chemicznych.

Rozwój stopów: Materiał bazowy dla nowych stopów o wysokiej entropii z dodatkami Al, Ti itp.

Formowanie wtryskowe metali: Części o wysokiej sztywności i dobrej stabilności wymiarowej dla lotnictwa i motoryzacji.

Metalurgia proszków: Wysokowydajne części P/M o zrównoważonej wytrzymałości i plastyczności.

Zastosowania kriogeniczne: Zachowanie plastyczności i wytrzymałości w temperaturach ujemnych.

Specyfikacje proszku CoCrFeNi

Proszek ze stopu CoCrFeNi jest dostępny w różnych zakresach rozmiarów, składach i formach:

Parametr	Warianty
Zakres rozmiarów	15-25 μm, 25-45 μm, 45-75 μm, 75-105 μm, 105-150 μm
Skład	Equiatomic, niestandardowe proporcje pierwiastków
Kształt proszku	Kulisty, nieregularny
Metoda produkcji	Atomizacja gaz/woda, stopowanie mechaniczne
Formularz dostawy	Proszek sypki, spiekane preformy

Większe proszki o rozmiarach 45-150 μm są preferowane do natryskiwania cieplnego i formowania wtryskowego metali. Drobniejsze proszki o rozmiarach 15-45 μm są stosowane w produkcji addytywnej. Proszki można dostosować pod względem kształtu, rozmiaru, zawartości tlenu i płynności.

Dostawcy proszku CoCrFeNi

Do wiodących światowych dostawców proszku stopowego CoCrFeNi o wysokiej entropii należą:

Firma	Zdolność produkcyjna	Lokalizacja
Sandvik	200 ton rocznie	Szwecja
Praxair	150 ton rocznie	USA
Hoganas	100 ton rocznie	Szwecja
Proszek CNPC	50 ton rocznie	Chiny
Carpenter Technologies	40 ton rocznie	USA

Proszki są zazwyczaj wytwarzane metodą atomizacji gazowej lub wodnej. Niestandardowe składy i rozmiary proszków mogą być pozyskiwane od tych dostawców.

Wycena

Rozmiar proszku	Zakres cen
15-45 mikronów	$150-200 za kg
45-105 mikronów	$100-150 za kg
105-150+ mikronów	$80-120 za kg

Większe rozmiary proszków są tańsze ze względu na wyższe tempo produkcji w procesie atomizacji. Niestandardowe stopy i kompozycje są droższe. Ceny proszków spadają ze względu na rosnącą konkurencję rynkową i zdolności produkcyjne.

Plusy i minusy proszku CoCrFeNi

Zalety	Ograniczenia
Wyjątkowa wytrzymałość i twardość	Wysokie koszty materiałowe ze względu na Co i Ni
Doskonała ciągliwość i wytrzymałość	Ograniczone dane dotyczące długoterminowej wydajności
Dobra zdolność produkcyjna przez AM, MIM, PM	Wyzwania związane z przetwarzaniem i kontrolą mikrostrukturalną
Stabilność termiczna i mikrostrukturalna	Skład musi być precyzyjnie kontrolowany
Wysoka odporność na korozję i zużycie	Niższa przetwarzalność niż w przypadku konwencjonalnych stopów
Zachowuje wytrzymałość w podwyższonych temperaturach	Często wymaga przetwarzania końcowego HIP

Proszek CoCrFeNi HEA umożliwia uzyskanie komponentów o niezrównanych kombinacjach właściwości. Koszty materiału i przetwarzania są jednak wysokie. Mikrostruktura i właściwości zależą w dużej mierze od precyzyjnej kontroli składu.

Porównanie z alternatywnymi rozwiązaniami

Vs. Proszki ze stali nierdzewnej

• Wyższa wytrzymałość i twardość
• Doskonała odporność na zużycie i korozję
• Droższy koszt materiału bazowego
• Niższa przetwarzalność i spawalność

Vs. Proszki ze stali narzędziowej

• Lepsza ciągliwość i odporność na pękanie
• Niższa wytrzymałość na wysokie temperatury
• Mniej ugruntowane metody przetwarzania
• Ograniczony rozmiar i dostępność wariantów ze stopów

Vs. Proszki superstopów Inconel

• Porównywalna wytrzymałość na wysokie temperatury
• Niższe koszty materiałów
• Krótsza historia osiągnięć
• Ograniczona stabilność mikrostrukturalna w bardzo wysokich temperaturach

Najczęściej zadawane pytania

P: Co to jest proszek ze stopu o wysokiej entropii (HEA)?

Proszek HEA zawiera wiele głównych pierwiastków w niemal równomolowych proporcjach, aby zapewnić wyjątkowe właściwości wytrzymałości, plastyczności i stabilności. Proszek CoCrFeNi jest wiodącym materiałem HEA.

P: Jakie są typowe rozmiary proszku CoCrFeNi?

O: Typowe zakresy rozmiarów to 15-45 μm dla AM, 45-105 μm dla natryskiwania cieplnego i 105-150 μm dla MIM i innych zastosowań. Drobniejsze i grubsze rozmiary można dostosować do indywidualnych potrzeb.

P: Co wpływa na cenę proszku ze stopu CoCrFeNi?

O: Rozmiar proszku, skład, czystość, metoda produkcji i ilość zamówienia określają cenę. Większe rozmiary powyżej 100 μm kosztują mniej. Drobne dodatki lub wąskie zakresy składu zwiększają koszt.

P: W jaki sposób produkowany jest proszek CoCrFeNi HEA?

O: Atomizacja gazowa i atomizacja wodna to główne metody produkcji. Proszek może być również wytwarzany poprzez mechaniczne stopowanie lub kriomielenie wstępnie stopionych wlewków.

P: Jakie są przykładowe zastosowania proszku CoCrFeNi?

O: Wiodące zastosowania to produkcja addytywna oprzyrządowania i komponentów lotniczych, powłoki natryskiwane termicznie w celu zapewnienia odporności na zużycie / korozję, opracowywanie stopów, formowanie wtryskowe części samochodowych oraz metalurgia proszków wysokowydajnych komponentów.

P: Jakie są kluczowe właściwości proszku CoCrFeNi HEA?

Wykazuje wyjątkowe połączenie wysokiej wytrzymałości, twardości, plastyczności, odporności na pękanie, stabilności termicznej i odporności na korozję w porównaniu z konwencjonalnymi stopami.

P: Jakie są ograniczenia proszku CoCrFeNi?

O: Wysoki koszt materiału bazowego, wyzwania związane z przetwarzaniem w celu kontrolowania mikrostruktury, ograniczone długoterminowe dane dotyczące wydajności, zmniejszona spawalność w porównaniu ze stalami to tylko niektóre wady.

P: Jak wypada proszek CoCrFeNi w porównaniu ze stalą narzędziową i stalą nierdzewną?

O: Ma znacznie wyższą wytrzymałość i twardość, ale niższą przetwarzalność niż stale nierdzewne. W porównaniu do stali narzędziowych, zapewnia lepszą odporność na pękanie i plastyczność.

P: Czy CoCrFeNi nadaje się do zastosowań kriogenicznych?

Tak, zachowuje dobrą ciągliwość i wytrzymałość w temperaturach poniżej zera, podczas gdy konwencjonalne stopy stają się kruche. Sprawia to, że jest przydatny w urządzeniach kriogenicznych.

P: Czy można dostosować skład proszku CoCrFeNi?

O: Tak, dostawcy mogą zapewnić niestandardowe proporcje pierwiastków poza składem równomolowym. Typowe korekty to 1-2 at.% Mn lub dodatki Co w celu dostosowania właściwości.