Порошок CoCrFeNi

Обзор порошка CoCrFeNi

Порошок CoCrFeNi, также известный как порошок CoCrFeNiMn или порошок высокоэнтропийного сплава (ВЭА), представляет собой материал, состоящий из элементов кобальта, хрома, железа и никеля в почти эквиатомных соотношениях. Порошок этого нового сплава обладает исключительными свойствами по сравнению с традиционными сплавами и вызывает значительный интерес для различных применений.

К числу основных характеристик порошка CoCrFeNi относятся:

• Высокая конфигурационная энтропия, обусловливающая исключительную прочность, твердость, термостойкость и коррозионную стойкость
• Микроструктура фазы FCC с одним твердым раствором
• Превосходное сочетание прочности и пластичности
• Высокая вязкость разрушения
• Хорошая обрабатываемость и формуемость
• Устойчивость к размягчению при повышенных температурах
• Настраивается с помощью незначительных добавок таких элементов, как марганец

Уникальный беспорядок в расположении атомов в сплаве CoCrFeNi придает ему превосходные механические характеристики. Практически равная концентрация основных элементов препятствует движению дислокаций, повышая твердость. Многофазная структура обеспечивает упрочнение твердых растворов за счет эффекта решеточной деформации.

Состав порошка CoCrFeNi

Состав порошка CoCrFeNi HEA может быть подобран индивидуально, но обычно он состоит из:

Элемент	Типовой диапазон состава
Кобальт (Co)	20-35 ат.%
Хром (Cr)	20-35 ат.%
Железо (Fe)	20-35 ат.%
Никель (Ni)	20-35 ат.%

Эквиатомное соотношение обеспечивает максимальную конфигурационную энтропию, но незначительные отклонения не оказывают существенного влияния на свойства. Обычно добавки марганца в количестве 1-2 ат.% способствуют дальнейшему улучшению свойств за счет измельчения зерна и усиления осаждения.

Свойства порошка CoCrFeNi

Порошок сплава CoCrFeNi обладает уникальным сочетанием выдающихся свойств:

Недвижимость	Значения
Плотность	7,5-8,3 г/см3
Температура плавления	>1200°C
Микротвердость	2,5-4 ГПа
Предельная прочность на разрыв	500-1300 МПа
Предел текучести	200-1100 МПа
Удлинение	10-60%
Модуль Юнга	150-250 ГПа
Модуль сдвига	65-85 ГПа
Коэффициент Пуассона	0.21-0.33
Вязкость разрушения	>100 МПа√м
Теплопроводность	10-30 Вт/мК
Электрическое сопротивление	70-100 нΩм
Коррозионная стойкость	Отлично работает в различных условиях

Высокая твердость обусловлена упрочнением твердого раствора, а структура FCC придает хорошую пластичность. Свойства могут быть изменены путем корректировки состава и обработки.

Характеристики порошка CoCrFeNi

К числу основных характеристик порошка сплава CoCrFeNi относятся:

• Однофазная FCC-структура, не содержащая интерметаллических фаз
• Присутствуют двойники отжига и дефекты штабелирования
• Равноосная морфология порошка с хорошей текучестью
• Гранулометрический состав порошка в диапазоне 15-150 мкм
• Высокая чистота с низким содержанием кислорода
• Сферическая форма порошка и гладкая поверхность
• Настраиваемый размер, форма и состав порошка

Порошок обладает высокой химической однородностью с равномерным распределением легирующих элементов. Сферическая морфология обеспечивает хорошую упаковку и текучесть.

Области применения порошка CoCrFeNi

Исключительное сочетание прочности, вязкости и технологичности порошка CoCrFeNi делает его пригодным для использования:

Аддитивное производство: Отличная пригодность для печати благодаря хорошим характеристикам текучести и плавления. Используется для аэрокосмической промышленности, изготовления оснастки и биомедицинских имплантатов.

Термические напыляемые покрытия: Устойчивость к износу, коррозии и термическому размягчению. Покрытия для механических, морских и химических применений.

Разработка сплавов: Базовый материал для новых высокоэнтропийных сплавов с добавками Al, Ti и др.

Литье металлов под давлением: Детали высокой жесткости с хорошей стабильностью размеров для авиации и автомобилестроения.

Порошковая металлургия: Высокоэффективные детали из полиамида сбалансированной прочности и пластичности.

Криогенные приложения: Сохранение пластичности и вязкости при отрицательных температурах.

Технические характеристики порошка CoCrFeNi

Порошок сплава CoCrFeNi выпускается в различных диапазонах размеров, составов и форм:

Параметр	Варианты
Диапазон размеров	15-25 мкм, 25-45 мкм, 45-75 мкм, 75-105 мкм, 105-150 мкм
Состав	Эквиатомные, пользовательские соотношения элементов
Форма порошка	Сферические, неправильные
Метод производства	Газовое/водное распыление, механическое легирование
Форма поставки	Порошок, спеченные преформы

Более крупные порошки размером 45-150 мкм предпочтительны для термического напыления и литья металлов под давлением. Более мелкие порошки размером 15-45 мкм используются для аддитивного производства. Порошки могут иметь индивидуальную форму, размер, содержание кислорода и текучесть.

Поставщики порошка CoCrFeNi

К числу ведущих мировых поставщиков порошка высокоэнтропийного сплава CoCrFeNi относятся:

Компания	Производственная мощность	Расположение
Sandvik	200 тонн в год	Швеция
Praxair	150 тонн в год	США
Hoganas	100 тонн в год	Швеция
Порошок CNPC	50 тонн в год	Китай
Столярные технологии	40 тонн в год	США

Как правило, порошки изготавливаются методом газового или водяного распыления. У этих поставщиков можно заказать порошки нестандартных составов и размеров.

Ценообразование

Размер порошка	Диапазон цен
15-45 мкм	$150-200 за кг
45-105 мкм	$100-150 за кг
105-150+ мкм	$80-120 за кг

Порошки большего размера дешевле за счет более высокой производительности при распылении. Нестандартные сплавы и композиции стоят дороже. Цены на порошки снижаются в связи с ростом конкуренции на рынке и увеличением производственных мощностей.

Плюсы и минусы порошка CoCrFeNi

Преимущества	Ограничения
Высочайшая прочность и твердость	Высокая стоимость материалов из-за содержания Co и Ni
Отличная пластичность и вязкость	Ограниченные данные о долгосрочной эффективности
Хорошая обрабатываемость методами AM, MIM, PM	Проблемы обработки с микроструктурным контролем
Термическая и микроструктурная стабильность	Состав должен быть точно контролируемым
Высокая коррозионная и износостойкость	Более низкая технологичность по сравнению с традиционными сплавами
Сохраняет прочность при повышенных температурах	Часто требуется постобработка HIP

Порошок CoCrFeNi HEA позволяет получать детали с непревзойденным сочетанием свойств. Однако стоимость материала и обработки высока. Микроструктура и свойства в значительной степени зависят от точного контроля состава.

Сравнение с альтернативами

Vs. Порошки из нержавеющей стали

• Повышенная прочность и твердость
• Превосходная износостойкость и коррозионная стойкость
• Более дорогая стоимость основного материала
• Низкая технологичность и свариваемость

Vs. Порошки для инструментальной стали

• Повышенная пластичность и вязкость разрушения
• Более низкая высокотемпературная прочность
• Менее распространенные методы обработки
• Ограниченный выбор типоразмеров и вариантов сплава

Vs. Порошки суперсплавов инконеля

• Сравнимая высокотемпературная прочность
• Более дешевый материал
• Более короткий послужной список
• Ограниченная микроструктурная стабильность при очень высоких температурах

Вопросы и ответы

Вопрос: Что такое порошок высокоэнтропийного сплава (ВЭС)?

О: Порошок HEA содержит несколько основных элементов в почти эквиатомных соотношениях, что обеспечивает исключительные свойства прочности, пластичности и стабильности. Порошок CoCrFeNi является одним из ведущих ГЭА.

Вопрос: Каковы типовые размеры порошка CoCrFeNi?

О: Обычные диапазоны размеров: 15-45 мкм для AM, 45-105 мкм для термического напыления и 105-150 мкм для MIM и других применений. Более мелкие и крупные размеры могут быть изготовлены по индивидуальному заказу.

Вопрос: Что влияет на цену порошка сплава CoCrFeNi?

Ответ: Размер порошка, его состав, чистота, способ производства и количество заказа определяют цену. Более крупные размеры свыше 100 мкм стоят дешевле. Незначительные добавки или более узкие диапазоны состава увеличивают стоимость.

Вопрос: Как производится порошок CoCrFeNi HEA?

О: Основными методами производства являются газовое распыление и распыление водой. Порошок также может быть получен путем механического легирования или криомиллирования предварительно легированных слитков.

Вопрос: Каковы примеры применения порошка CoCrFeNi?

О: Ведущими областями применения являются аддитивное производство оснастки и аэрокосмических компонентов, термическое напыление покрытий для повышения износо- и коррозионной стойкости, разработка сплавов, литье металлов под давлением для автомобильных деталей и порошковая металлургия для высокопроизводительных компонентов.

Вопрос: Каковы основные свойства порошка CoCrFeNi HEA?

О: По сравнению с обычными сплавами он обладает исключительным сочетанием высокой прочности, твердости, пластичности, вязкости разрушения, термической стабильности и коррозионной стойкости.

Вопрос: Каковы ограничения по применению порошка CoCrFeNi?

О: К недостаткам можно отнести высокую стоимость исходного материала, сложности обработки при контроле микроструктуры, ограниченные данные по долговременным эксплуатационным характеристикам, пониженную свариваемость по сравнению со сталями.

Вопрос: Как порошок CoCrFeNi сопоставляется с инструментальными и нержавеющими сталями?

О: Она обладает значительно более высокой прочностью и твердостью, но меньшей технологичностью по сравнению с нержавеющими сталями. По сравнению с инструментальными сталями она обладает более высокой вязкостью разрушения и пластичностью.

Вопрос: Подходит ли CoCrFeNi для криогенных применений?

О: Да, он сохраняет хорошую пластичность и вязкость при отрицательных температурах, в то время как обычные сплавы становятся хрупкими. Это делает его полезным для криогенного оборудования.

Вопрос: Может ли состав порошка CoCrFeNi быть индивидуальным?

О: Да, поставщики могут предложить индивидуальное соотношение элементов, выходящее за рамки эквиатомного состава. Обычно это 1-2 ат.% добавки Mn или Co для изменения свойств.