CoCrFeNi-pulver

Översikt över CoCrFeNi-pulver

CoCrFeNi-pulver, även känt som CoCrFeNiMn-pulver eller HEA-pulver (High Entropy Alloy), är ett material som består av kobolt, krom, järn och nickel i nära ekviatomiska förhållanden. Detta nya legeringspulver uppvisar exceptionella egenskaper jämfört med konventionella legeringar och har rönt stort intresse för olika tillämpningar.

Några viktiga egenskaper hos CoCrFeNi-pulver inkluderar:

• Hög konfigurationsentropi leder till enastående styrka, hårdhet, termisk stabilitet och korrosionsbeständighet
• FCC-fasmikrostruktur med en enda fast lösning
• Utmärkt kombination av styrka och ledningsförmåga
• Hög brottseghet
• God bearbetbarhet och formbarhet
• Motstånd mot uppmjukning vid förhöjda temperaturer
• Anpassningsbar med mindre tillsatser av element som mangan

Den unika oordningen i CoCrFeNi:s atomarrangemang ger överlägsen mekanisk prestanda. De nästan lika stora koncentrationerna av huvudelementen hindrar dislokationsrörelser, vilket förbättrar hårdheten. Flerfasstrukturen ger en solid lösning som förstärks genom gittertöjningseffekter.

Sammansättning av CoCrFeNi-pulver

Sammansättningen av CoCrFeNi HEA-pulver kan skräddarsys men består i allmänhet av:

Element	Typiskt sammansättningsintervall
Kobolt (Co)	20-35 at.%
Krom (Cr)	20-35 at.%
Järn (Fe)	20-35 at.%
Nickel (Ni)	20-35 at.%

Det ekviatomiska förhållandet ger maximal konfigurationsentropi men mindre avvikelser påverkar inte egenskaperna nämnvärt. Tillsatser av 1-2 at.% mangan är vanliga för att ytterligare förbättra egenskaperna genom kornförfining och utskiljningsförstärkning.

Egenskaper hos CoCrFeNi-pulver

CoCrFeNi-legeringspulver uppvisar en unik kombination av enastående egenskaper:

Fastighet	Värden
Täthet	7,5-8,3 g/cm3
Smältpunkt	>1200°C
Mikrohårdhet	2,5-4 GPa
Slutlig draghållfasthet	500-1300 MPa
Utbyteshållfasthet	200-1100 MPa
Töjning	10-60%
Young's modul	150-250 GPa
Skjuvmodul	65-85 GPa
Poissonförhållande	0.21-0.33
Brottseghet	>100 MPa√m
Termisk konduktivitet	10-30 W/mK
Elektrisk resistivitet	70-100 nΩm
Motståndskraft mot korrosion	Utmärkt i olika miljöer

Den höga hårdheten beror på förstärkning i fast lösning medan FCC-strukturen ger god duktilitet. Egenskaperna kan skräddarsys genom justeringar av sammansättning och bearbetning.

Egenskaper hos CoCrFeNi-pulver

Några framträdande egenskaper hos CoCrFeNi-legeringspulver inkluderar:

• Enfasig FCC-struktur utan intermetalliska faser
• Glödgningstvillingar och stapelfel förekommer
• Equiaxed pulvermorfologi med god flytbarhet
• Pulverstorleksfördelningen varierar från 15-150 μm
• Hög renhet med låg syrehalt
• Sfärisk pulverform och slät yta
• Anpassningsbar pulverstorlek, form och sammansättning

Pulvret uppvisar hög kemisk homogenitet med en jämn fördelning av legeringsämnen. Den sfäriska morfologin ger goda packnings- och flödesegenskaper.

Användningsområden för CoCrFeNi-pulver

Den exceptionella kombinationen av styrka, seghet och bearbetbarhet hos CoCrFeNi-pulver gör det lämpligt för

Additiv tillverkning: Utmärkt tryckbarhet tack vare goda flödes- och smältegenskaper. Används för flyg- och rymdindustrin, verktyg och biomedicinska implantat.

Beläggningar för termisk sprutning: Motståndskraft mot slitage, korrosion och termisk uppmjukning. Ytbeläggningar för mekaniska, marina och kemiska applikationer.

Utveckling av legeringar: Basmaterial för nya högentropilegeringar med tillsatser av Al, Ti etc.

Formsprutning av metall: Delar med hög styvhet och god dimensionsstabilitet för flyg- och fordonsindustrin.

Pulvermetallurgi: Högpresterande P/M-komponenter med balanserad styrka och duktilitet.

Kryogena tillämpningar: Bibehållen duktilitet och seghet vid temperaturer under noll grader.

Specifikationer för CoCrFeNi-pulver

CoCrFeNi-legeringspulver finns i olika storleksintervall, sammansättningar och former:

Parameter	Varianter
Storleksintervall	15-25 μm, 25-45 μm, 45-75 μm, 75-105 μm, 105-150 μm
Sammansättning	Equiatomic, anpassade grundämnesförhållanden
Pulverform	Sfärisk, oregelbunden
Produktionsmetod	Gas/vatten-atomisering, mekanisk legering
Leveransformulär	Löst pulver, sintrade förformar

Större pulverstorlekar på 45-150 μm är att föredra för termisk sprutning och formsprutning av metall. Finare pulverstorlekar på 15-45 μm används för additiv tillverkning. Pulvren kan anpassas i form, storlek, syrehalt och flytbarhet.

Leverantörer av CoCrFeNi-pulver

Några ledande globala leverantörer av CoCrFeNi-pulver av högentropilegeringar är bl.a:

Företag	Produktionskapacitet	Plats
Sandvik	200 ton per år	Sverige
Praxair	150 ton per år	USA
Hoganas	100 ton per år	Sverige
CNPC Pulver	50 ton per år	Kina
Carpenter Technologies	40 ton per år	USA

Pulvren framställs i allmänhet med hjälp av gas- eller vattenatomiseringsmetoder. Anpassade pulversammansättningar och storlekar kan köpas från dessa leverantörer.

Prissättning

Pulverstorlek	Prisintervall
15-45 mikron	$150-200 per kg
45-105 mikron	$100-150 per kg
105-150+ mikron	$80-120 per kg

Större pulverstorlekar är billigare på grund av högre produktionshastigheter vid finfördelning. Kundanpassade legeringar och sammansättningar har högre priser. Pulverpriserna har sjunkit på grund av ökad konkurrens på marknaden och ökad kapacitet.

För- och nackdelar med CoCrFeNi-pulver

Fördelar	Begränsningar
Enastående styrka och hårdhet	Höga materialkostnader på grund av Co och Ni
Utmärkt duktilitet och seghet	Begränsad information om långsiktiga resultat
God tillverkningsbarhet genom AM, MIM, PM	Bearbetningsutmaningar med mikrostrukturell kontroll
Termisk och mikrostrukturell stabilitet	Sammansättningen måste kontrolleras exakt
Hög korrosions- och slitstyrka	Lägre bearbetbarhet än konventionella legeringar
Bibehåller hållfastheten vid förhöjda temperaturer	Kräver ofta HIP-efterbehandling

CoCrFeNi HEA-pulver möjliggör komponenter med oöverträffade kombinationer av egenskaper. Material- och bearbetningskostnaderna är dock höga. Mikrostruktur och egenskaper är starkt beroende av exakt kontroll av sammansättningen.

Jämförelse med alternativ

Vs. Pulver av rostfritt stål

• Högre hållfasthet och hårdhet
• Överlägsen slitstyrka och korrosionsbeständighet
• Dyrare kostnad för basmaterial
• Lägre bearbetbarhet och svetsbarhet

Mot. Pulver för verktygsstål

• Bättre duktilitet och brottseghet
• Lägre hållfasthet vid höga temperaturer
• Mindre etablerade bearbetningsmetoder
• Begränsad tillgänglighet för storlek och lättmetallvarianter

Vs. Pulver av superlegeringen Inconel

• Jämförbar styrka vid höga temperaturer
• Material till lägre kostnad
• Kortare historik av prestationer
• Begränsad mikrostrukturell stabilitet vid mycket höga temperaturer

Vanliga frågor

F: Vad är HEA-pulver (High Entropy Alloy)?

A: HEA-pulver innehåller flera huvudelement i nära ekviatomiska förhållanden för att producera exceptionella egenskaper för styrka, duktilitet och stabilitet. CoCrFeNi-pulver är en ledande HEA.

F: Vilka är de typiska storlekarna på CoCrFeNi-pulver som finns tillgängliga?

S: Vanliga storleksintervall är 15-45 μm för AM, 45-105 μm för termisk sprutning och 105-150 μm för MIM och andra applikationer. Finare och grövre storlekar kan kundanpassas.

F: Vad påverkar priset på CoCrFeNi-legeringspulver?

A: Pulverstorlek, sammansättning, renhet, produktionsmetod och orderkvantitet avgör priset. Större storlekar över 100 μm kostar mindre. Mindre tillsatser eller snävare sammansättningsintervall ökar kostnaden.

F: Hur produceras CoCrFeNi HEA-pulver?

A: Gasförstoftning och vattenförstoftning är de viktigaste produktionsmetoderna. Pulvret kan också framställas genom mekanisk legering eller kryomalning av förlegerade göt.

F: Vilka är några exempel på tillämpningar av CoCrFeNi-pulver?

S: De främsta användningsområdena är additiv tillverkning av verktyg och komponenter för flygindustrin, termisk sprutbeläggning för slitstyrka och korrosionsbeständighet, legeringsutveckling, formsprutning av fordonsdelar i metall och pulvermetallurgi för högpresterande komponenter.

F: Vilka är de viktigaste egenskaperna hos CoCrFeNi HEA-pulver?

A: Den uppvisar en exceptionell kombination av hög hållfasthet, hårdhet, duktilitet, brottseghet, termisk stabilitet och korrosionsbeständighet jämfört med konventionella legeringar.

F: Vilka är begränsningarna för CoCrFeNi-pulver?

A: Hög kostnad för basmaterialet, utmaningar vid bearbetning för att kontrollera mikrostrukturen, begränsade data om långtidsprestanda, sämre svetsbarhet jämfört med stål är några av nackdelarna.

Q: Hur är CoCrFeNi-pulver jämfört med verktygsstål och rostfritt stål?

A: Det har mycket högre hållfasthet och hårdhet men lägre bearbetbarhet än rostfritt stål. Jämfört med verktygsstål ger det överlägsen brottseghet och duktilitet.

Q: Är CoCrFeNi lämplig för kryogena tillämpningar?

S: Ja, den behåller sin goda duktilitet och seghet vid temperaturer under noll grader medan konventionella legeringar blir spröda. Detta gör den användbar för kryogenisk utrustning.

F: Kan sammansättningen av CoCrFeNi-pulver anpassas?

S: Ja, leverantörer kan tillhandahålla anpassade grundämnesförhållanden utöver den ekviatomiska sammansättningen. Vanliga justeringar är 1-2 at.% Mn- eller Co-tillsatser för att skräddarsy egenskaperna.