Порошок CoCrMoW

Обзор порошка CoCrMoW

Порошок CoCrMoW - это порошок сплава кобальт-хром-молибден-вольфрам, используемый в основном для изготовления ортопедических имплантатов для суставов. Добавление вольфрама дополнительно повышает прочность, износостойкость и твердость по сравнению со сплавами CoCrMo.

К основным свойствам и преимуществам порошка CoCrMoW относятся:

Свойства и характеристики порошка CoCrMoW

Свойства	Подробности
Состав	Сплав Co-Cr-Mo-W
Плотность	9,2 г/куб. см
Форма частиц	Сферическая
Диапазон размеров	15-45 мкм
Кажущаяся плотность	До 60% истинной плотности
Текучесть	Хороший
Коррозионная стойкость	Отличное качество благодаря наличию оксидного слоя Cr
Биосовместимость	Высокая, подходит для имплантатов
Износостойкость	Исключительно хорошо с точки зрения W и Cr
Прочность	Очень высокая степень упрочнения твердого раствора

Благодаря уникальному сочетанию биосовместимости, высокой твердости, прочности и вязкости CoCrMoW позволяет изготавливать высокоэффективные ортопедические имплантаты методом 3D-печати или литья металлов под давлением.

Состав порошка CoCrMoW

Состав порошка CoCrMoW

Элемент	Вес %
Кобальт	Баланс
Хром	26-30%
Молибден	5-7%
Вольфрам	4-6%
Углерод	< 0,35%
Марганцовка	< 1%
Кремний	< 1%
Железо	< 1%
Никель	< 1%

• Кобальт обеспечивает прочность, биосовместимость, способствует укреплению твердых растворов
• Хром для устойчивости к окислению и коррозии
• Молибден способствует упрочнению твердых растворов
• Вольфрам значительно повышает износостойкость и твердость
• Другие элементы, присутствующие в качестве примесей

Высокое содержание Cr, Mo и W обеспечивает превосходное сочетание прочности, твердости и коррозионной стойкости, необходимое для ортопедических имплантатов.

Физические свойства порошка CoCrMoW

Физические свойства порошка CoCrMoW

Свойства	Значения
Плотность	9,2 г/куб. см
Температура плавления	1370-1430°C
Электрическое сопротивление	96 мкΩ-см
Теплопроводность	16 Вт/мК
CTE	14,5 x 10^-6 K^-1
Температура Кюри	1160°C

• Высокая плотность по сравнению с CoCrMo и титановыми сплавами
• Сохраняет прочность и твердость при повышенных температурах
• Относительно низкая теплопроводность
• Становится парамагнитным при температуре выше температуры Кюри
• CTE выше, чем у конкурирующих сплавов при использовании в имплантации

Эти свойства позволяют использовать его в несущих нагрузку ортопедических имплантатах, требующих высокой температурной прочности, твердости и коррозионной стойкости.

Механические свойства порошка CoCrMoW

Механические свойства порошка CoCrMoW

Свойства	Значения
Твердость	43-52 HRC
Прочность на разрыв	1310-1650 МПа
Предел текучести	1035-1450 МПа
Удлинение	8-15%
Модуль упругости	240-310 ГПа
Прочность на сжатие	1700-2100 МПа

• Превосходное сочетание очень высокой прочности и твердости
• Уровень прочности превышает требования, предъявляемые к несущим имплантатам
• Достаточно высокая пластичность для твердого материала
• Высокий модуль упругости обеспечивает жесткость, необходимую для имплантатов
• Высокая усталостная прочность обеспечивает долговечность

Механические свойства делают порошок CoCrMoW весьма подходящим для изготовления прочных, износостойких ортопедических имплантатов методом АМ.

Применение порошка CoCrMoW

Основные области применения порошка CoCrMoW включают:

Применение порошка CoCrMoW

Приложение	Примеры
Ортопедические имплантаты	Коленные, тазобедренные, зубные имплантаты
Медицинские изделия	Хирургические инструменты и приборы
Аэрокосмическая промышленность	Компоненты авиационных двигателей
Автомобильная промышленность	Детали впрыска топлива, клапаны
Промышленность	Режущий инструмент, штампы, пресс-формы

Некоторые специфические области применения порошка сплава CoCrMoW:

• Артикуляционные поверхности в имплантатах для замены суставов
• Зубные коронки, мостовидные протезы и корневые каппы
• Челюстно-лицевые имплантаты, черепные пластины
• Лопатки и корпуса турбин авиационных двигателей
• Клапаны автомобильных двигателей и форсунки впрыска топлива
• Режущий инструмент и промышленная оснастка

Сочетание выдающихся механических свойств, коррозионной стойкости и биосовместимости обеспечивает максимальную производительность для таких ответственных применений.

Технические характеристики порошка CoCrMoW

Основные стандарты на порошок CoCrMoW:

Стандарты на порошки CoCrMoW

Стандарт	Описание
ASTM F75	Стандарт на деформируемый сплав CoCrMo для хирургических имплантатов
ASTM F1537	Деформируемый сплав CoCrMoNi для стоматологии
ASTM F3001	Спецификация аддитивного производства медицинских имплантатов методом порошкового наплавления
ISO 5832-4	Деформируемый сплав CoCrMoNi для хирургических имплантатов

Эти стандарты определяют:

• Ограничения по составу, примесям
• Минимальные требования к механическим свойствам
• Метод производства - распыление в инертном газе
• Приемлемый гранулометрический состав
• Протоколы испытаний для обеспечения качества
• Требования к характеристикам порошков

Соответствие стандартам обеспечивает пригодность для использования в критических областях применения ортопедических имплантатов.

Размер частиц порошка CoCrMoW

Распределение частиц порошка CoCrMoW по размерам

Размер частиц	Характеристики
15-25 мкм	Используется в лазерной порошковой плавке (LPBF)
25-45 мкм	Используется в струйной обработке связующего и DMLS
10-45 мкм	Используется при литье металлов под давлением

• Более тонкий порошок обеспечивает более высокое разрешение и качество поверхности для AM
• Более крупный порошок обладает лучшей текучестью при обработке порошков
• Сбалансированное распределение размеров, оптимизированное для каждого способа производства
• Обеспечивается жесткий контроль за распределением частиц по размерам

Управление размером и морфологией частиц позволяет достичь высокой плотности упаковки и оптимизировать процесс спекания.

Кажущаяся плотность порошка CoCrMoW

Кажущаяся плотность порошка CoCrMoW

Кажущаяся плотность	Характеристики
До 60% истинной плотности	Для сферической морфологии порошка
диапазон 4,5-5,5 г/куб. см	За счет пустот между частицами

• Более высокая кажущаяся плотность улучшает текучесть и сжимаемость порошка
• Сферическая форма порошка обеспечивает большую плотность упаковки
• При использовании оптимизированного порошка возможны значения до 65%

Более высокая кажущаяся плотность приводит к повышению производительности производства и качества деталей.

Метод получения порошка CoCrMoW

Производство порошка CoCrMoW

Метод	Подробности
Распыление газа	Инертный газ под высоким давлением разбивает поток расплавленного сплава на мелкие капли
Вакуумно-индукционная плавка	Высокочистые исходные материалы, расплавленные в вакууме
Многократный переплав	Повышение химической однородности
Просеивание	Классификация порошка на различные фракции по размеру частиц
Смешивание	Смешивание фракций порошка для придания индивидуального распределения частиц

• Газовое распыление позволяет получить тонкую сферическую морфологию порошка
• Вакуумная плавка сводит к минимуму такие примеси, как кислород и азот
• Многократный переплав улучшает однородность состава
• Постобработка позволяет точно контролировать распределение частиц по размерам

Полностью автоматизированное производство и строгий контроль технологического процесса обеспечивают надежные свойства и стабильность порошка от партии к партии.

Ценообразование на порошок CoCrMoW

Ценообразование на порошок CoCrMoW

Фактор	Воздействие
Порошкообразный состав	Цена увеличивается с повышением чистоты
Размер частиц	Сверхтонкие сорта более дорогие
Количество заказов	Снижение цен при оптовых заказах
Свойства порошка	Более высокая кажущаяся плотность стоит дороже
Упаковка	Аргононаполненные контейнеры повышают цену
Требования к проведению испытаний	Более тщательное тестирование увеличивает стоимость
Время выполнения	Ускоренные сроки поставки увеличивают стоимость

Ориентировочное ценообразование

• CoCrMoW для медицинского применения: $120-180 за кг
• CoCrMoW для промышленного применения: $80-120 за кг

Значительно более низкие цены действуют при оптовых заказах, превышающих несколько сотен килограммов.

Поставщики порошка CoCrMoW

Поставщики порошка CoCrMoW

Компания	Расположение
Столярная присадка	США
Sandvik Osprey	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
Hoganas	Швеция
Praxair	США
AP&C	Канада
Erasteel	Франция

Ключевые факторы выбора:

• Диапазон марок порошков и размеров частиц
• Производственные мощности и сроки изготовления
• Качество и консистенция порошка
• Соответствие медицинским стандартам
• Ценообразование и минимальный объем заказа
• Процессы контроля, испытаний и QA

Обработка и безопасность при работе с порошками CoCrMoW

Обработка порошков CoCrMoW

Рекомендация	Причина
Избегать вдыхания	Для предотвращения повреждения легочной ткани мелкими частицами
Используйте защитную маску и перчатки	Предотвращение случайного проглатывания через нос/рот
Работайте в хорошо проветриваемых помещениях	Снижение циркуляции частиц в воздухе
Используйте соответствующую защитную одежду	Минимизировать контакт с кожей
Убедитесь, что поблизости нет источников воспламенения	Порошок может гореть в атмосфере кислорода
Соблюдение антистатических протоколов	Предотвращение возгорания из-за статического разряда при работе с оборудованием
Используйте неискрящие инструменты	Исключить возможность воспламенения
Хранить в закрытой таре в сухом прохладном месте	Предотвращение загрязнения и окисления

Хотя порошок CoCrMoW относительно инертен, для безопасного обращения с ним и его обработки следует соблюдать рекомендуемые меры предосторожности.

Контроль и испытания порошков CoCrMoW

Испытания порошка CoCrMoW

Тест	Подробности
Химический анализ	Для проверки состава использовалась ICP-спектроскопия
Гранулометрический анализ	Определение гранулометрического состава
Кажущаяся плотность	Измеряется с помощью расходомера Холла в соответствии с ASTM B212
Морфология порошка	Анализ изображений с помощью РЭМ для проверки формы частиц
Испытание на скорость потока	Определение текучести через стандартную воронку
Испытание на плотность отвода	Плотность, измеренная после механического постукивания по образцу порошка

Тщательное тестирование обеспечивает соответствие техническим условиям, таким как ASTM F75, и стабильность порошка, пригодного для производства ортопедических имплантатов.

Хранение и обработка порошка CoCrMoW

Хранение порошка CoCrMoW

Фактор	Эффект
Воздух, кислород	Риск окисления при высоких температурах
Влажность	Низкая скорость коррозии при комнатной температуре
Органические растворители	Может поглощать растворители и порошок для удаления пятен
Кислоты, щелочи	Устойчивость к воздействию слабых кислот и щелочей
Повышенные температуры	Повышенная реакционная способность и окисляемость на воздухе
Загрязнение	Может влиять на текучесть, способность к спеканию

Рекомендации:

• Хранить в герметичных контейнерах, продуваемых инертным газом
• Поддерживать температуру ниже 30°C
• Избегать контакта с окислительными кислотами и хлорированными растворителями
• Открытые емкости только в контролируемых помещениях

При соблюдении соответствующих мер предосторожности порошок CoCrMoW демонстрирует отличную стабильность при обработке и хранении.

Сравнение с порошком CoCrMo

CoCrMoW в сравнении с порошком CoCrMo

Параметр	CoCrMoW	CoCrMo
Плотность	9,2 г/куб. см	8,3 г/куб. см
Твердость	43-52 HRC	35-45 HRC
Прочность на разрыв	1310-1650 МПа	1170-1510 МПа
Износостойкость	Отличный	Очень хорошо
Коррозионная стойкость	Отличный	Отличный
Биосовместимость	Высокая	Высокая
Стоимость	Высокая	Умеренный
Используется	Ортопедические имплантаты, аэрокосмическая промышленность	Ортопедические имплантаты, стоматологические

• CoCrMoW обладает значительно более высокой прочностью и твердостью
• CoCrMoW обеспечивает повышенную износостойкость
• Оба обладают превосходной коррозионной стойкостью и биосовместимостью
• CoCrMoW дороже из-за добавления W
• CoCrMoW предпочтительнее для имплантатов коленного и тазобедренного суставов; CoCrMo - для стоматологии

Добавка вольфрама придает сплаву CoCrMoW более высокие механические свойства по сравнению с обычными сплавами CoCrMo.

Плюсы и минусы порошка CoCrMoW

Преимущества порошка CoCrMoW:

• Отличная прочность, твердость и износостойкость
• Высокая биосовместимость и коррозионная стойкость
• Хорошие высокотемпературные свойства
• Может обрабатываться методами AM или MIM
• Подходит для применения в ортопедических имплантатах, работающих под нагрузкой
• Обеспечивает привлекательный эстетический вид

Ограничения при использовании порошка CoCrMoW:

• Дороже, чем порошки CoCrMo и нержавеющей стали
• Более низкая пластичность и вязкость разрушения
• Требуется защитная атмосфера при обработке
• Сложность обработки готовых деталей
• Ограниченная соединяемость и свариваемость
• Выпуск ионов Co вызывает опасения за здоровье людей

Вопросы и ответы по порошкам CoCrMoW

Вопрос: Каковы основные области применения порошка CoCrMoW?

О: Основными областями применения являются имплантаты коленного и тазобедренного суставов, зубные протезы, такие как коронки и мосты, челюстно-лицевые имплантаты, а также аэрокосмические компоненты, такие как лопатки турбин.

Вопрос: Как добавка вольфрама улучшает свойства сплава CoCrMo?

О: Вольфрам значительно повышает прочность, твердость и износостойкость за счет упрочнения твердых растворов и образования жестких карбидов. Это позволяет добиться отличных характеристик для имплантатов, несущих нагрузку.

Вопрос: Какие меры предосторожности необходимы при работе с порошком CoCrMoW?

О: Рекомендуемые меры предосторожности включают использование защитной маски, перчаток, одежды, работу в проветриваемых помещениях, избегание источников воспламенения, контроль статического разряда, использование неискрящих инструментов, хранение герметичных контейнеров в сухом прохладном месте.

Вопрос: Каковы основные различия между марками CoCrMoW для медицинского и промышленного применения?

О: Медицинские марки имеют более высокую чистоту, меньшее количество примесей, контролируемый гранулометрический состав, подвергаются более тщательным испытаниям и производятся под строгим контролем качества, чтобы соответствовать стандартам для биомедицинских имплантатов.