CuCrZr-pulver för 3d-utskrift av metall

Översikt över CuCrZr-pulver

CuCrZr-pulver är ett legeringspulver som består av koppar (Cu), krom (Cr) och zirkonium (Zr). Den erbjuder en unik kombination av egenskaper som gör den lämplig för högpresterande applikationer som kräver hög hållfasthet, god ledningsförmåga och motståndskraft mot mjukning vid förhöjda temperaturer.

Sammansättning av CuCrZr-pulver

CuCrZr är en utskiljningshärdad legering, vilket innebär att dess höga hållfasthet kommer från sammanhängande utskiljningar som bildas i metallmatrisen. Sammansättningen spelar en nyckelroll för att uppnå optimal utskiljningshärdning. Här är de typiska sammansättningsintervallen:

Element	Sammansättning Range
Koppar (Cu)	Återstående
Krom (Cr)	0,5 - 1,2 wt%
Zirkonium (Zr)	0,03 - 0,3 wt%

• Koppar bildar matrisen och ger termisk och elektrisk ledningsförmåga.
• Krom bidrar till att stärka den fasta lösningen och bildar utfällningar för att hindra dislokationsrörelser.
• Zirkonium bildar sammanhängande utfällningar med koppar vilket möjliggör utskiljningshärdning.

Krom- och zirkoniumhalten är optimerad för att maximera hållfastheten genom utskiljningshärdning samtidigt som den goda ledningsförmågan bibehålls.

Egenskaper hos CuCrZr-pulver

CuCrZr-pulver erbjuder en exceptionell kombination av styrka, ledningsförmåga och värmebeständighet på grund av dess utskiljningshärdade natur. Här är några viktiga egenskaper:

Fastighet	Värde
Täthet	8,8 g/cm3
Elektrisk konduktivitet	22 - 48% IACS
Termisk konduktivitet	200 - 300 W/m-K
Smältpunkt	1065°C
Koefficient för termisk expansion	16,5 x 10-6 /°C
Elastisk modul	124 GPa
Utbyteshållfasthet	350 - 650 MPa
Töjning	8-15%
Oxideringsbeständighet	Bra upp till 900°C

• Den har hög hållfasthet kommer från utskiljningshärdning samtidigt som den behåller måttlig ledningsförmåga. Styrkan kan skräddarsys genom värmebehandling.
• Utmärkt ledningsförmåga jämfört med utskiljningshärdade rostfria stål på grund av högre kopparhalt i matrisen.
• God värmebeständighet med bibehållen hållfasthet och ledningsförmåga upp till 400-500°C. Mindre benägen att mjukna jämfört med andra Cu-legeringar.
• Motståndskraftig mot oxidation och korrosion på grund av bildandet av skyddande Cr2O3-oxidskikt.

Denna unika egenskapsprofil gör CuCrZr lämplig för applikationer som elektroder för motståndssvetsning, komponenter för värmestyrning och fjädrar för höga temperaturer.

Tillämpningar och användningsområden för CuCrZr-pulver

De balanserade egenskaperna hos CuCrZr-pulver gör det lämpligt för följande användningsområden:

Tillämpning	Anledning till användning
Elektroder för motståndssvetsning	Hög hållfasthet, god ledningsförmåga, motståndskraft mot deformation vid förhöjda temperaturer
Kylflänsar och värmeledningsrör	Hög värmeledningsförmåga i kombination med hög temperaturhållfasthet
Elektriska kontakter och anslutningar	God ledningsförmåga, hög hållfasthet möjliggör miniatyrisering
Fjädrar för höga temperaturer	Hållfasthet bibehållen vid förhöjda temperaturer
Legeringar för glasförsegling	Nära matchning av CTE med borosilikatglas

• Elektroder för motståndssvetsning - Den utmärkta ledningsförmågan genererar mindre värme vid svetsning, vilket ger kortare svetstider. Hög hållfasthet motverkar att elektrodspetsarna sväller.
• Termisk hantering - Används i värmeväxlare, kylflänsar, värmerör etc. där hög värmeledningsförmåga snabbt avleder värme samtidigt som den mekaniska integriteten bibehålls.
• Elektriska kontakter - Kan ersätta kontakter av berylliumkoppar i många applikationer tack vare överlägsen styrka och liknande ledningsförmåga.
• Fjädrar för höga temperaturer - Används för fjädrar som arbetar upp till 500°C utan att förlora lastkapacitet till skillnad från stålfjädrar.
• Glas-metall-tätningar - Dess CTE matchar borosilikatglas vilket möjliggör glasförseglingsapplikationer med låg belastning.

CuCrZr:s utskiljningshärdande förmåga gör det möjligt att skräddarsy hållfastheten enligt de specifika applikationskraven genom att helt enkelt ändra värmebehandlingsparametrarna.

Specifikationer för CuCrZr-pulver

CuCrZr-pulver finns i olika storleksintervall, renheter och kan anpassas efter applikationsbehov. Här är några vanliga specifikationer:

Specifikation	Detaljer
Storleksintervall	10 - 150 mikrometer
Renhet	Upp till 99,9%
Kolinnehåll	<100 ppm
Syrehalt	<500 ppm
Partikelns form	Sfärisk, oregelbunden
Skenbar densitet	Upp till 80% av teoretisk densitet
Flödeshastighet	Upp till 25 s/50 g

• Pulverstorleken påverkar direkt densiteten och ytfinishen hos de färdiga detaljerna. Finare pulver ger högre densitet och bättre ytfinish.
• Hög renhet minskar kontamineringsproblemen under konsolideringen och förbättrar de slutliga egenskaperna.
• Gasatomiserat pulver har en slät sfärisk morfologi som är idealisk för additiv tillverkning. Vattenatomiserat pulver har oregelbunden form som är användbar för press- och sintertillämpningar.
• Den skenbara densiteten anger hur tätt pulvret kan packas. Högre densitet förbättrar sintringen.
• Flödeshastigheten påverkar enkel pulverhantering och jämn fyllning av formarna i press- och sintringsprocessen.

Pulvrets egenskaper kan anpassas, t.ex. partikelstorleksfördelning, form, skenbar densitet etc. enligt applikationskrav.

Konsolideringsmetoder för CuCrZr-pulver

CuCrZr-pulver kan konsolideras till helt täta komponenter med hjälp av metoder som:

Konsolideringsmetod	Detaljer
Additiv tillverkning	Selektiv lasersmältning, smältning med elektronstråle
Press och Sinter	Följt av infiltration eller ytterligare värmebehandling
Isostatisk varmpressning	Fullständig förtätning av inkapslat pulver
Extrudering	Smide av pulver blandat med smörjmedel
Spark Plasma Sintering	Snabb förtätning med hjälp av pulsad ström

Additiva tillverkningsmetoder som selektiv lasersmältning och elektronstrålesmältning används ofta för att producera komplexa, nätformade CuCrZr-delar med fin mikrostruktur direkt från pulver.

Press- och sintringsmetoden är ekonomisk för tillverkning av stora volymer men omfattar flera steg. De slutliga egenskaperna beror på sintringstemperatur, tid, atmosfär etc.

Varm isostatisk pressning ger ett högt tryck som möjliggör full förtätning vid lägre temperaturer. Det minskar porositeten i additivt tillverkade delar och förbättrar utmattningslivslängden.

Extrudering och gnistplasmasintring är alternativa metoder som lämpar sig för enklare geometrier. Konsolideringsprocessen påverkar den slutliga mikrostrukturen, egenskaperna och prestandan.

Värmebehandling av CuCrZr-legering

En viktig fördel med CuCrZr-legeringen är dess utskiljningshärdande egenskaper. Lösnings- och åldringsvärmebehandlingar kan avsevärt ändra dess hållfasthet enligt kraven:

Värmebehandling	Detaljer
Glödgning av lösning	850-980°C, vattensläckning. Löser upp utfällningar, mjukar upp legeringen
Åldrande	350-500°C i 1-4 timmar. Kontrollerar utfällning och härdning.
Stresslindring	350°C i 1 timme. Avlägsnar kvarvarande spänningar.

Lösningsglödgning löser upp krom och zirkonium i en fast lösning följt av snabb kylning för att bilda en övermättad fast lösning. Efterföljande åldringsbehandling ger upphov till fina sammanhängande utfällningar som resulterar i utskiljningshärdning.

Åldringstid och temperatur styr direkt härdningsresponsen. Lägre åldringstemperatur och kortare tider bevarar ledningsförmågan. Utskiljningshärdning kan tredubbla hållfastheten jämfört med lösligt tillstånd.

Avspänning hjälper till att minska restspänningar från tidigare kall- eller varmbearbetning för att minimera distorsion under bearbetningen.

Jämförelse av CuCrZr-pulver med alternativ

CuCrZr konkurrerar med legeringar som utskiljningshärdade rostfria stål, berylliumkoppar och nickelsilver:

Legering	CuCrZr	17-4PH SS	Be-Cu	Ni-Ag
Styrka	Utmärkt	Utmärkt	Rättvist	Bra
Konduktivitet	Bra	Dålig	Utmärkt	Bra
Användbarhet	Rättvist	Bra	Utmärkt	Utmärkt
Svetsbarhet	Rättvist	Rättvist	Utmärkt	Bra
Kostnad	Måttlig	Hög	Mycket hög	Måttlig

• 17-4PH rostfritt stål har jämförbar hållfasthet men betydligt lägre ledningsförmåga på grund av högre Cr- och Ni-innehåll.
• Beryllium koppar har utmärkt ledningsförmåga men lägre hållfasthetsnivåer. Dyrt och problem med toxicitet.
• Nickel-silver har god hållfasthet men lägre driftstemperaturer. Utmärkt formbarhet.
• CuCrZr erbjuder den bästa balansen mellan styrka, konduktivitet, bearbetbarhet och kostnad för många applikationer.

För kombinationen hållfasthet och ledningsförmåga ger CuCrZr högre prestanda och lägre kostnad jämfört med utskiljningshärdade rostfria stål eller berylliumkopparlegeringar.

CuCrZr pulver leverantörer

CuCrZr-pulver levereras av tillverkare av specialmetallpulver. Här är några av de största leverantörerna:

Leverantör	Pulver Egenskaper
Sandvik	Storleksintervall 10-150 μm, skenbar densitet upp till 65%, oregelbundet och sfäriskt pulver
Hoganas	Storleksintervall 45-150 μm, skenbar densitet upp till 80%, sfäriskt pulver, hög renhet
Pometon	Storleksintervall 10-63 μm, skenbar densitet upp till 65%, sfäriskt och oregelbundet pulver
CNPC Pulver	Storleksintervall 10-150 μm, skenbar densitet upp till 75%, hög renhet

Olika pulverkvaliteter finns tillgängliga, optimerade för additiv tillverkning, press- och sinterapplikationer eller skräddarsydda för specifika kundkrav.

Välrenommerade leverantörer har omfattande kvalitetskontroll i pulverproduktionen och tillhandahåller kvarncertifikat med bevis på batchsammansättning.

CuCrZr pulver prissättning

Som ett speciallegeringspulver är CuCrZr dyrare än standardmaterialpulver. Här är några typiska prisintervall:

Pulverkvalitet	Partikelstorlek	Prisintervall
CuCrZr för AM	15-45 μm	$100-150 per kg
CuCrZr för Press & Sinter	45-150 μm	$50-100 per kg
CuCrZr med hög renhet	10-45 μm	$180-250 per kg

• Fint pulver under 45 mikrometer är i allmänhet över $100/kg idealiskt för additiv tillverkning.
• Grovare pulver 45-150 mikron kostar $50-100/kg lämpligt för press- och sintringsprocessen.
• Pulver med hög renhet (>99,9%) avsett för kritiska tillämpningar ger premiumpriser över $180/kg.
• Genom att minska syre- och kolhalten förbättras konsolideringen och de slutliga egenskaperna.
• Priserna varierar beroende på mängd, storlek och kvalitetsnivå på pulvret.

Volymrabatter från 1 kg till flera ton kan förhandlas fram med leverantörerna. Pulver med hög renhet och kontrollerad partikelstorleksfördelning ger högre priser.

CuCrZr-pulver: Hälsa och säkerhet

Som de flesta metallpulver kräver CuCrZr-pulver noggrann hantering för att minimera hälso- och säkerhetsrisker:

Fara	Försiktighetsåtgärder	PPE
Ögonkontakt	Undvik direktkontakt. Gnugga inte ögonen efter exponering. Skölj med vatten vid kontakt.	Skyddsglasögon
Kontakt med huden	Undvik direktkontakt. Tvätta de drabbade områdena noggrant med tvål och vatten.	Handskar
Inandning	Undvik att andas in pulverformigt damm. Se till att ventilationen är tillräcklig.	Godkända andningsskydd
Förtäring	Undvik kontakt mellan hand och mun. Tvätta händerna efter hantering.	–
Brand	Använd torr sand för att släcka metallpulverbrand. Använd inte vatten.	Brandskyddsutrustning

• Använd personlig skyddsutrustning - skyddsglasögon, handskar, andningsskydd vid hantering av pulver för att minimera kontakt.
• Utöva god hygien efter arbete med pulver.
• Förhindra ansamling av krutdamm på ytor.
• Förvara förslutna behållare svalt och torrt, utom räckhåll för antändningskällor.

Se säkerhetsdatabladet för fullständig säkerhetsinformation. Sök medicinsk hjälp om exponeringen orsakar irritation. Genom att ha korrekta säkerhetsprotokoll minimeras riskerna vid hantering av CuCrZr-pulver.

Inspektion och provning av CuCrZr-pulver

För att säkerställa hög kvalitet och konsistens bör CuCrZr-pulver inspekteras och testas för:

Parameter	Metod	Specifikation
Kemisk sammansättning	XRF, våtkemi	Överensstämmelse med specificerad Cu-, Cr- och Zr-halt
Fördelning av partikelstorlek	Laserdiffraktion, siktning	Medianstorlek, D10, D90 inom angivet intervall
Morfologi för pulver	SEM-avbildning	Sfärisk form, minimalt med satelliter för AM-pulver
Skenbar densitet	Hall-flödesmätare	Enligt specifikation för tillämpning
Flödeshastighet	Hall-flödesmätare	Enligt specifikation för tillämpning
Föroreningar	ICP, LECO analys	Låg syre- och kvävehalt

Korrekt QC-testning under processen och slutinspektion säkerställer att pulvret uppfyller de kemiska, fysiska och morfologiska egenskaper som krävs för den avsedda applikationen. Rutinmässiga tester bör genomföras av både pulvertillverkare och användare.

Vanliga frågor

Q. Vad används CuCrZr-legeringen till?

A. CuCrZr används i applikationer som kräver hög hållfasthet i kombination med god elektrisk och termisk ledningsförmåga, t.ex. elektroder för motståndssvetsning, kylflänsar och fjädrar för höga temperaturer.

Q. Hur tillverkas CuCrZr-pulver?

A. CuCrZr produceras genom gas- eller vattenatomisering av den smälta legeringen för att skapa fina sfäriska eller oregelbundna pulverpartiklar med optimal storlek för AM eller press- och sinteranvändning.

Q. Vad påverkar egenskaperna hos CuCrZr-delar?

A. Egenskaperna beror på sammansättning, pulverkvalitet, konsolideringsmetod och -parametrar, värmebehandling och mikrostruktur. CuCrZrs förmåga att härda genom utfällning gör det också möjligt att anpassa hållfastheten.

Q. Vad är skillnaden mellan gasatomiserat och vattenatomiserat CuCrZr-pulver?

A. Gasatomiserat pulver har en sfärisk morfologi som är idealisk för AM-bearbetning medan vattenatomiserat pulver har en oregelbunden form som är lämplig för press- och sintertillämpningar.

Q. Behöver CuCrZr-legering värmebehandling?

A. Ja, lösningsglödgning och åldrande värmebehandlingar gör det möjligt att optimera hållfastheten och ledningsförmågan genom att kontrollera utfällningen i legeringens mikrostruktur.

Q. Vad är det typiska priset för CuCrZr-pulver?

A. CuCrZr-pulver varierar från $50/kg för press- och sinterkvalitet till $250/kg för AM-pulver med hög renhetsgrad. Finare storleksfraktioner och högre renhet ökar kostnaden.