Poudre de cobalt-chrome CoCrMo
La poudre de cobalt-chrome CoCrMo, plus précisément le CoCrMo, est une poudre d'alliage à base de cobalt utilisée dans diverses applications de poudre métallique telles que le moulage par injection de métal (MIM) et la fabrication additive (AM).
Quelques informations clés sur la poudre d'alliage CoCrMo au chrome cobalt :
- Composition - Composé principalement de cobalt, de chrome, de molybdène et de petites quantités d'autres éléments tels que le tungstène, le nickel, le fer, le silicium, le manganèse et le carbone.
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Table des matières
Vue d'ensemble
La poudre de cobalt-chrome CoCrMo, plus précisément le CoCrMo, est une poudre d'alliage à base de cobalt utilisée dans diverses applications de poudre métallique telles que le moulage par injection de métal (MIM) et la fabrication additive (AM).
Quelques informations clés sur la poudre d'alliage CoCrMo au chrome cobalt :
- Composition - Composé principalement de cobalt, de chrome, de molybdène et de petites quantités d'autres éléments tels que le tungstène, le nickel, le fer, le silicium, le manganèse et le carbone.
- Propriétés - Excellentes propriétés mécaniques, résistance à la corrosion, résistance à l'usure et biocompatibilité
- Processus de fabrication - Généralement produit par atomisation de gaz
- Taille des particules - De 10 microns à 45 microns en général
- Applications - Implants médicaux, implants dentaires, composants pour l'aérospatiale et l'automobile
Types de poudres de cobalt-chrome CoCrMo
| Type | Composition | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Alliage CoCrMo | Co - Balance/RemainderCr - 27-30%Mo - 5-7%Si, Mn, C, Fe - <1% | Excellente résistance, dureté, résistance à la corrosionConvient au moulage par injection de métalBonne résistance à l'usure |
| CoCrMo à faible teneur en carbone | Co - Balance/RemainderCr - 27-30%Mo - 5-7%Si, Mn, C - <0.05% Fe - <0.75% | Faible teneur en carbone pour une meilleure ductilitéMeilleure réduction des défauts de fusionMoins de susceptibilité à la fissurationMieux adapté à l'impression AM/3D |
Propriétés de la poudre de cobalt-chrome CoCrMo
La poudre d'alliage cobalt-chrome se distingue par sa combinaison équilibrée de propriétés mécaniques, de résistance à la corrosion et de biocompatibilité, ce qui la rend adaptée à des applications exigeantes.
| Propriété | Détails |
|---|---|
| La force | Résistance ultime à la traction : 120 à 230 ksiRésistance à l'élasticité : 110 à 150 ksi |
| Dureté | Dureté Rockwell : 25 à 35 HRCDureté Vickers : 350 à 450 HV |
| Densité | 8,3 g/cc |
| Point de fusion | 1260 à 1350°C (2300 à 2460°F) |
| Conductivité thermique | 9 à 12 W/m-K |
| Résistivité électrique | 94 à 108 μΩ-cm |
| Coefficient de dilatation thermique | 14 à 16 μm/m-°C |
| Module d'élasticité | 230 à 253 GPa |
| Élongation | 8 à 35% |
Applications de la poudre de cobalt-chrome CoCrMo
Grâce à sa polyvalence, la poudre d'alliage cobalt-chrome est utilisée dans plusieurs grandes industries, du secteur médical et dentaire à l'aérospatiale et à l'automobile.
| L'industrie | Application | Composants |
|---|---|---|
| Médical/Dentaire | Implants, prothèses | Implants de hanche, implants de genou, plaques osseuses, vis |
| Aérospatiale | Aubes de turbines, trains d'atterrissage | Lames, arbres, disques, engrenages |
| Automobile | Vannes, pompes, outillage | Soupapes de moteur, sièges de soupapes, couronnes dentées |
| Industriel | Pièces d'usure et de corrosion | Joints, vannes, composants de pompes |
Spécifications de la poudre de cobalt-chrome CoCrMo
Les poudres d'alliage cobalt-chrome respectent plusieurs normes internationales et régionales en ce qui concerne les limites de composition ainsi que la distribution de la taille des particules et les propriétés. Les poudres ASTM F75, F799 et F1537 sont couramment utilisées.
| Norme/spécification | Région | Éléments autorisés | Taille des particules | Propriétés |
|---|---|---|---|---|
| ASTM F75 | ÉTATS-UNIS | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni | 10 à 45 microns | Limites O, N contrôléesCobalt ≥58% Cr 27 à 301TP3Dureté 35 HRC (min)Résistance 120 ksi (min)Limite d'élasticité 80 ksi (min)Allongement 15% (min) |
| ASTM F799 | ÉTATS-UNIS | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe | 15 à 45 microns | Teneur en C plus faibleAmélioration des propriétés AMCobalt ≥58% Cr 19 à 21% |
| ASTM F1537 | ÉTATS-UNIS | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C | 10 à 45 microns | Utilisé pour les applications MIMComposition F75 modifiée |
Poudre de cobalt-chrome CoCrMo Fabricants et fournisseurs
Plusieurs fournisseurs mondiaux de premier plan fabriquent des poudres de chrome cobalt pour les besoins du MIM et de l'AM dans les principales industries. Ils proposent différentes qualités conformes aux normes régionales.
| Fournisseur | Notes | Éléments autorisés | Taille des particules | Informations complémentaires |
|---|---|---|---|---|
| Sandvik Osprey | ASTM F75 FASTM F799 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, NiW, N | 15 à 45 microns | Poudres sphériques atomisées au gazAlliages sur mesureFaible teneur en O, N |
| Praxair | F75F1537F799 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni | 15 à 45 microns | Sélection de la qualité pour AM vs MIMHaute pureté |
| Additif pour charpentier | F75F799 | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni | 15 à 45 microns | Faible teneur en O, NH Densité élevée Morphologie sphérique |
| Erasteel | F799F75Custom | Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni | 10 à 45 microns | Oxygène/azote sur mesureAttomisation de haute pureté |
Prix des poudres de cobalt-chrome CoCrMo
| Fournisseur | Grade | Taille des particules | Prix |
|---|---|---|---|
| Sandvik Osprey | ASTM F75 | 15-45 microns | $75/kg |
| Praxair | ASTM F799 | 25-45 microns | $60/kg |
| Additif pour charpentier | Custom F75 | 25-45 microns | $90/kg |
| Erasteel | ASTM F1537 | 15-45 microns | $70/kg |
Les prix varient en fonction de facteurs tels que le fournisseur, la qualité et le respect des spécifications, la taille des particules, la quantité/le volume d'achat et la région géographique.
Avantages de la poudre de cobalt-chrome CoCrMo
- Haute résistance avec une résistance à la traction supérieure à 200 ksi
- Conserve sa résistance et sa ductilité à haute température
- Excellente résistance à l'usure et à l'abrasion
- Résistance supérieure à la corrosion, en particulier dans les environnements chlorés
- Faible perméabilité magnétique
- Biocompatibilité et bio-inertie exceptionnelles
- Propriétés mécaniques adaptables
Limites de la poudre de cobalt-chrome CoCrMo
- Coût relativement élevé par rapport aux poudres d'acier
- Conductivité thermique inférieure à celle des autres alliages
- Nécessite un traitement thermique pour optimiser les propriétés
- Susceptible de présenter des défauts de fabrication en cas de traitement inapproprié
- Il est difficile d'éviter complètement l'oxydation interne et les nitrures.
- Libère des ions métalliques qui ont un impact sur la biocompatibilité
Poudres de chrome cobalt et d'acier inoxydable
| Paramètres | Chrome cobalt | Acier inoxydable |
|---|---|---|
| La force | Plus élevé | Plus bas |
| Dureté | Plus élevé | Faible à moyen |
| Résistance à la corrosion | Une amélioration significative | Modéré |
| Biocompatibilité | Excellent grâce à l'alliage pur | Varie en fonction de la composition |
| Coût | Plus cher | Moins cher |
| Capacité de traitement | Plus difficile en raison des vitesses de refroidissement rapides nécessaires | Plus facile à traiter |
| Applications | Implants plus critiques et porteurs | Implants temporaires moins critiques |
Poudres de chrome cobalt et de titane
| Paramètres | Chrome cobalt | Titane |
|---|---|---|
| Densité | Plus lourd | Plus léger |
| La force | Similaire ou légèrement supérieur | Légèrement inférieur |
| Dureté | Plus élevé | Faible à moyen |
| Biocompatibilité | Similaire, pas de problèmes confirmés à long terme | Excellente grâce à une couche d'oxyde stable |
| Résistance à la corrosion | Couche d'oxyde nettement meilleure et plus stable | Modéré, sensible à certains environnements |
| Coût | Plus cher | Moins cher (titane cp) |
| Difficulté de fabrication | Plus élevé, nécessite un refroidissement rapide et contrôlé | Plus bas, plus de place pour la variabilité des processus |
| Applications | Implants permanents pour le remplacement des articulations | Implants permanents et temporaires |
Poudre de cobalt-chrome CoCrMo pour le moulage par injection de métaux
Le moulage par injection de métal utilise une fine poudre de chrome cobalt avec un mélange de liants thermoplastiques. La matière première homogène est ensuite moulée en pièces complexes de forme nette en tirant parti des capacités de mise en forme précise du moulage par injection de polymères.
Compositions d'alliages de CoCrMo pour le MIM
- Cobalt typique - Équilibre/Réciproque
- Chrominum - 28 à 30 wt%
- Molybdène - 5 à 7 wt%
- Carbone - Maintenu à un niveau bas, < 0,05wt%
- Fer, Manganèse - Petites quantités
- Nickel, azote - Minimisé
Avantages du MIM avec la poudre de CoCrMo
- Permet d'obtenir des pièces complexes de forme nette, ce qui n'est pas possible avec d'autres méthodes.
- Presque pleine densité et microstructure homogène
- Propriétés égales ou supérieures à celles des alliages coulés ou corroyés
- Minimise l'usinage secondaire coûteux
- Permet d'obtenir des caractéristiques petites et délicates et des parois minces
- Tolérance dimensionnelle et finition de surface constantes
- Rentabilité pour les volumes moyens
Étapes du processus MIM avec la poudre de CoCrMo
Le processus MIM spécialisé comprend plusieurs étapes clés pour transformer la matière première en composants denses d'utilisation finale dotés de propriétés sur mesure.
| Étape | Détails |
|---|---|
| Mélange | Poudre de CoCrMo mélangée à des liants pour produire des matières premières |
| Moulage par injection | Matières premières moulées avec précision en pièces complexes de forme presque nette |
| Débouclage | Les solvants et le cycle thermique éliminent les liants polymères |
| Frittage | Procédé de four contrôlé pour densifier la poudre de CoCrMo à haute température |
| Post-traitement | Des traitements thermiques secondaires ou un pressage isostatique à chaud sont souvent appliqués. |
| Finition | Usinage, meulage ou polissage supplémentaires si nécessaire |
Propriétés des matériaux MIM Cobalt Chrome
Le MIM permet d'obtenir des alliages de CoCrMo avec une gamme de propriétés mécaniques et de résistance à la corrosion. Les propriétés peuvent être encore améliorées par des traitements thermiques post-frittage.
| Propriété | En l'état | Traitement thermique | Alliages de CoCrMo corroyés |
|---|---|---|---|
| Densité | 8,20-8,30 g/cc | 8,25-8,35 g/cc | 8,3 g/cc |
| Dureté | 25-35 HRC | 38-55 HRC | 35-55 HRC |
| Résistance ultime à la traction | 75-100 ksi | 120-220 ksi | 120-300 ksi |
| Limite d'élasticité | 50-85 ksi | 110-200 ksi | 110-250 ksi |
| Élongation | 8-25% | 3-30% | 8-35% |
Applications MIM CoCrMo
Le MIM permet d'obtenir des composants en CoCrMo légers et très résistants avec des parois minces, des contre-dépouilles et des canaux cachés pour des applications critiques dans les secteurs de l'orthopédie et de l'aérospatiale.
| L'industrie | Application | Composants |
|---|---|---|
| Médical | Implants de remplacement articulaire | Tiges de hanche, plateaux tibiaux de genou, cages vertébrales |
| Aérospatiale | Buses de poussée, train d'atterrissage | Stators, supports, actionneurs |
| Automobile | Système d'alimentation en carburant | Corps d'injecteurs, pompes |
| Pétrole et gaz | Forage | Boîtiers pivotants, plaques de vannes, joints d'étanchéité |
Poudre de cobalt-chrome CoCrMo pour la fabrication additive
La fabrication additive utilisant la poudre de chrome cobalt CoCrMo révolutionne la production d'implants métalliques grâce à sa capacité à créer des structures poreuses permettant la croissance osseuse.
Avantages de la fabrication additive avec CoCrMo
- Implants orthopédiques personnalisés et adaptés au patient
- Structures poreuses contrôlées pour l'ostéointégration
- Réduction des déchets par rapport aux techniques soustractives traditionnelles
- Rationalisation de la chaîne d'approvisionnement et réduction des stocks
- Liberté de conception pour des formes complexes et organiques impossibles à réaliser avec le moulage
- Élimination de l'outillage personnalisé coûteux
- Composants denses à haute résistance rivalisant avec les propriétés du corroyage
Processus d'AM le plus courant pour le CoCrMo
Bien qu'il existe de nombreuses technologies d'AM métal comme la projection de liant, le DED, la fusion laser sur lit de poudre (L-PBF) est le processus le plus largement adopté pour les implants orthopédiques en chrome cobalt.
Aperçu du processus d'AM par fusion laser sur lit de poudre
| Étape | Détails |
|---|---|
| Modèle 3D | Conception de l'implant dans un logiciel de CAO à partir du scanner du patient |
| Trancher | Modèle découpé numériquement en couches comme instructions de construction pour le système |
| Dépôt de poudre | Poudre de CoCrMo répartie uniformément sur la plaque de construction |
| Fusion au laser | Le laser focalisé fait fondre la poudre de manière sélective en fonction de chaque tranche. |
| Recouvrement | Nouvelle couche de poudre de CoCrMo étalée sur le dessus |
| Répéter les étapes | Les étapes sont répétées couche par couche jusqu'à ce que l'ensemble de la pièce soit construit. |
| Post-traitement | Élimination de l'excès de poudre et application de traitements thermiques |
Compositions typiques de CoCrMo pour l'AM
- Cobalt - Équilibre/Rempart
- Chrome - 26 à 30 wt%
- Molybédène - 5 à 7 wt%
- Carbone, azote - minimisés
- Silicium, Manganèse - <1 wt%
- Tungstène, fer - <0,75 wt%
Optimisation des paramètres pour l'AM CoCrMo
Pour obtenir une densité totale et des propriétés proches de la fabrication traditionnelle, il faut optimiser les paramètres de l'AM spécifiquement pour la poudre de chrome cobalt.
| Paramètres | Gamme typique | Rôle | Effet |
|---|---|---|---|
| Puissance du laser | 100-500 W | Fait fondre chaque couche | Influence le taux de construction, la porosité, la fissuration |
| Vitesse de balayage | 100-1000 mm/s | Contrôle l'apport d'énergie | Impacts sur la profondeur du bassin de fusion, les taux de chauffage/refroidissement |
| Espacement des trappes | 50-200 μm | Détermine le chevauchement de la zone scannée | Régit la fraction de volume fondue et liée |
| Épaisseur de la couche | 20-100 μm | Définit la résolution Z | Des couches plus fines réduisent l'effet de marche d'escalier |
Post-traitement des composants AM en CoCrMo
Des étapes supplémentaires permettent de réduire les contraintes internes dues au processus d'AM tout en améliorant la résistance à la fatigue.
- Traitements thermiques anti-stress
- Pressage isostatique à chaud (HIP)
- Finition de surface - meulage, polissage
- Usinage de la forme du filet si nécessaire
Propriétés mécaniques - AM vs. Cast CoCrMo
| Propriété | AM tel que fabriqué | HIP AM | Cast |
|---|---|---|---|
| Densité | 8,15-8,25 g/cc | 8,20-8,30 g/cc | 8,25-8,35 g/cc |
| Dureté | 35-50 HRC | 35-45 HRC | 35-45 HRC |
| Résistance ultime à la traction | 120-205 ksi | 130-220 ksi | 120-150 ksi |
| Limite d'élasticité | 110-185 ksi | 115-200 ksi | 80-130 ksi |
| Élongation | 8-35% | 15-40% | 15-50% |
En définitive, des paramètres d'AM soigneusement optimisés, combinés à la technologie HIP, peuvent rivaliser avec les performances mécaniques des composants en cobalt-chrome fabriqués traditionnellement.
FAQ
Q : La poudre de chrome cobalt convient-elle aux applications du nitinol en tant qu'alliage à mémoire de forme à haute température ?
R : Non, le nitinol est un système d'alliage nickel-titane distinct qui présente des caractéristiques spéciales de mémoire de forme et de superélasticité. Les alliages CoCr ne sont pas considérés comme des alliages à mémoire de forme.
Q : Quelle est la gamme de tailles de particules de poudre de CoCrMo recommandée pour la fabrication additive par jet de liant ?
R : Une granulométrie de 15 à 45 microns est généralement recommandée pour la projection de liant AM avec le CoCrMo afin d'équilibrer la densité de tassement et la cinétique de frittage. Les poudres plus fines <25 microns peuvent s'agglutiner et augmenter la porosité.
Q : La résistance à la corrosion diffère-t-elle de manière significative entre l'alliage CoCrMo imprimé et l'alliage CoCrMo corroyé ou forgé ?
R : Le CoCrMo AM correctement traité présente une résistance à la corrosion proche de celle des alliages corroyés. La clé est de minimiser les pores internes et les microfissures avec un traitement optimisé pour obtenir une protection comparable de la couche d'oxyde superficielle.
Q : Quelle est la différence entre le pressage isostatique à chaud (HIP) et le frittage sous vide des composants en CoCr imprimés en 3D ?
R : Le HIP applique une chaleur élevée et une pression isostatique dans toutes les directions, éliminant les vides internes plus efficacement que le frittage sous vide. Cela permet d'optimiser la densité et la résistance à la fatigue, essentielles pour les implants porteurs.
Q : Quelle est la résistance de l'alliage de chrome cobalt MIM par rapport aux alliages de titane ou d'acier inoxydable ?
R : Le CoCrMo MIM atteint ou dépasse généralement les niveaux de résistance atteints avec les alliages de titane et d'acier inoxydable imitables comme le Ti6Al4V et l'acier inoxydable 316L en raison d'une dureté plus élevée et de la formation de carbures.
Q : La poudre de CoCrMo peut-elle être réutilisée après la fabrication additive par fusion sur lit de poudre ?
R : La réutilisation de la poudre AM est possible, mais il est recommandé d'utiliser de la poudre vierge fraîche dans la mesure du possible afin de minimiser l'accumulation de particules satellites, ce qui entraîne une modification de la chimie et un moins bon conditionnement lors de la nouvelle couche.
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