Порошок CuCrZr для металлической 3d печати

Обзор порошков CuCrZr

Порошок CuCrZr - это порошок сплава, состоящего из меди (Cu), хрома (Cr) и циркония (Zr). Он обладает уникальным сочетанием свойств, позволяющих использовать его в высокоэффективных приложениях, требующих высокой прочности, хорошей электропроводности и устойчивости к размягчению при повышенных температурах.

Состав порошка CuCrZr

CuCrZr - сплав, упрочняемый осадками, то есть его высокая прочность обусловлена образованием когерентных осадков в металлической матрице. Состав сплава играет ключевую роль в достижении оптимальной реакции закалки. Вот типичные диапазоны составов:

Элемент	Композиционный ряд
Медь (Cu)	Остаток
Хром (Cr)	0,5 - 1,2 wt%
Цирконий (Zr)	0,03 - 0,3 wt%

• Медь образует матрицу и обеспечивает тепло- и электропроводность.
• Хром способствует упрочнению твердого раствора и образует осадки, препятствующие движению дислокаций.
• Цирконий образует с медью когерентные осадки, обеспечивающие осадковое упрочнение.

Содержание хрома и циркония оптимизировано для достижения максимальной прочности за счет осадительной закалки при сохранении достойной электропроводности.

Свойства порошка CuCrZr

Порошок CuCrZr обладает исключительным сочетанием прочности, электропроводности и жаропрочности благодаря закалке осаждением. Вот некоторые ключевые свойства:

Недвижимость	Значение
Плотность	8,8 г/см3
Электропроводность	22 - 48% IACS
Теплопроводность	200 - 300 Вт/м-К
Температура плавления	1065°C
Коэффициент теплового расширения	16,5 x 10-6 /°C
Модуль упругости	124 ГПа
Предел текучести	350 - 650 МПа
Удлинение	8-15%
Устойчивость к окислению	Хорошо работает при температуре до 900°C

• Он имеет высокая прочность в результате закалки осаждением при сохранении умеренной электропроводности. Прочность можно регулировать с помощью термообработки.
• Отличная электропроводность по сравнению с закаленными осаждением нержавеющими сталями из-за более высокого содержания меди в матрице.
• Хорошая термостойкость с сохранением прочности и электропроводности до 400-500°C. Менее склонны к размягчению по сравнению с другими сплавами меди.
• Устойчивость к окислению и коррозии за счет образования защитного оксидного слоя Cr2O3.

Этот уникальный профиль свойств делает CuCrZr пригодным для применения в таких областях, как электроды для контактной сварки, компоненты терморегулирования и высокотемпературные пружины.

Применение и использование порошка CuCrZr

Сбалансированные свойства порошка CuCrZr позволяют использовать его в следующих областях:

Приложение	Причина использования
Электроды для контактной сварки	Высокая прочность, хорошая электропроводность, устойчивость к деформации при повышенных температурах
Радиаторы и тепловые трубы	Высокая теплопроводность в сочетании с высокой температурной прочностью
Электрические контакты и разъемы	Хорошая проводимость, высокая прочность обеспечивают миниатюрность
Высокотемпературные пружины	Сохранение прочности при повышенных температурах
Сплавы для герметизации стекла	Близкое совпадение КТЭ с боросиликатным стеклом

• Электроды для контактной сварки - Благодаря отличной электропроводности электроды выделяют меньше тепла при сварке, что позволяет сократить время сварки. Высокая прочность препятствует образованию грибов на наконечниках электродов.
• Терморегулирование - Используется в теплообменниках, радиаторах, тепловых трубах и т.д., где высокая теплопроводность позволяет быстро отводить тепло, сохраняя механическую целостность.
• Электрические контакты - Может заменять контакты из бериллиевой меди во многих приложениях благодаря более высокой прочности и аналогичной проводимости.
• Высокотемпературные пружины - Используется для пружин, работающих при температуре до 500°С без потери несущей способности, в отличие от стальных пружин.
• Уплотнения "стекло-металл - Его КТЭ соответствует боросиликатному стеклу, что позволяет использовать его для герметизации стекол при низких нагрузках.

Способность CuCrZr к закалке осаждением позволяет изменять прочность в соответствии с конкретными требованиями, предъявляемыми к изделиям, простым изменением параметров термообработки.

Технические характеристики порошка CuCrZr

Порошок CuCrZr выпускается в различных диапазонах размеров, чистоты и может быть изготовлен по индивидуальному заказу в соответствии с требованиями конкретного применения. Ниже приведены некоторые общие характеристики:

Спецификация	Подробности
Диапазон размеров	10 - 150 мкм
Чистота	До 99,9%
Содержание углерода	<100 ppm
Содержание кислорода	<500 ppm
Форма частиц	Сферические, неправильные
Кажущаяся плотность	До 80% теоретической плотности
Расход	До 25 с/50 г

• Размер порошка напрямую влияет на плотность и качество поверхности готовых деталей. Более мелкий порошок обеспечивает более высокую плотность и лучшее качество поверхности.
• Высокая чистота снижает проблемы загрязнения при консолидации и улучшает конечные свойства.
• Порошок, распыляемый газом, имеет гладкую сферическую морфологию, идеально подходящую для аддитивного производства. Порошок, распыляемый водой, имеет неправильную форму, что удобно для прессования и спекания.
• Кажущаяся плотность показывает, насколько плотно может быть упакован порошок. Более высокая плотность улучшает спекание.
• Расход влияет на удобство перемещения порошка и равномерность заполнения фильеры в процессе прессования и спекания.

Характеристики порошка могут быть изменены, например, гранулометрический состав, форма, кажущаяся плотность и т.д. в соответствии с требованиями конкретной задачи.

Методы консолидации порошка CuCrZr

Порошок CuCrZr может быть консолидирован в полностью плотные компоненты такими методами, как:

Метод консолидации	Подробности
Аддитивное производство	Селективное лазерное плавление, электронно-лучевое плавление
Прессование и спекание	С последующей инфильтрацией или дальнейшей термообработкой
Горячее изостатическое прессование	Полное уплотнение инкапсулированного порошка
Экструзия	Штамповка порошковых смесей со смазочными материалами
Искровое плазменное спекание	Быстрая денсификация с использованием импульсного тока

Методы аддитивного производства, такие как селективное лазерное плавление и электронно-лучевое плавление, широко используются для получения деталей из CuCrZr сложной сетчатой формы с тонкой микроструктурой непосредственно из порошка.

Метод прессования и спекания экономичен при больших объемах производства, но включает в себя несколько этапов. Конечные свойства зависят от температуры спекания, времени, атмосферы и т.д.

При горячем изостатическом прессовании применяется высокое давление, позволяющее полностью уплотнить материал при более низких температурах. Это позволяет уменьшить пористость в деталях, изготовленных методом аддитивного производства, и повысить усталостную прочность.

Экструзия и искровое плазменное спекание являются альтернативными методами, подходящими для более простых геометрических форм. Процесс консолидации влияет на конечную микроструктуру, свойства и эксплуатационные характеристики.

Термическая обработка сплава CuCrZr

Ключевым преимуществом сплава CuCrZr является его способность к закалке осаждением. Термическая обработка раствором и старение могут существенно изменить его прочность в соответствии с требованиями:

Термообработка	Подробности
Отжиг раствора	850-980°C, закалка в воде. Растворяет осадки, размягчает сплав
Старение	350-500°C в течение 1-4 часов. Контролирует выпадение осадка и затвердевание.
Снятие стресса	350°C в течение 1 часа. Снимает остаточные напряжения.

Растворный отжиг растворяет хром и цирконий в твердом растворе с последующей быстрой закалкой для образования пересыщенного твердого раствора. Последующая обработка старением приводит к образованию мелких когерентных осадков, в результате чего происходит осадковое упрочнение.

Время и температура старения непосредственно контролируют реакцию упрочнения. Более низкая температура старения и меньшее время сохраняют электропроводность. Закалка осадком может увеличить прочность в три раза по сравнению с растворенным состоянием.

Снятие напряжений помогает уменьшить остаточные напряжения от предшествующей холодной или горячей обработки, чтобы минимизировать деформацию при механической обработке.

Сравнение порошка CuCrZr с альтернативными вариантами

CuCrZr конкурирует с такими сплавами, как закаленные осаждением нержавеющие стали, бериллиевая медь и никелевое серебро:

Сплав	CuCrZr	17-4PH SS	Be-Cu	Ni-Ag
Прочность	Отличный	Отличный	Ярмарка	Хороший
Проводимость	Хороший	Бедный	Отличный	Хороший
Работоспособность	Ярмарка	Хороший	Отличный	Отличный
Свариваемость	Ярмарка	Ярмарка	Отличный	Хороший
Стоимость	Умеренный	Высокая	Очень высокий	Умеренный

• нержавеющая сталь 17-4PH имеет сравнимую прочность, но значительно меньшую проводимость из-за более высокого содержания Cr и Ni.
• Бериллиевая медь обладает отличной проводимостью, но меньшей прочностью. Дороговизна и проблемы с токсичностью.
• Никелевое серебро обладает хорошей прочностью, но имеет более низкие рабочие температуры. Отличная формуемость.
• CuCrZr предлагает оптимальное соотношение прочности, электропроводности, обрабатываемости и стоимости для многих областей применения.

При сочетании прочности и электропроводности CuCrZr обеспечивает более высокие эксплуатационные характеристики и более низкую стоимость по сравнению с нержавеющими сталями с осадительной закалкой или сплавами бериллиевой меди.

Поставщики порошка CuCrZr

Порошок CuCrZr поставляется производителями специализированных металлических порошков. Вот некоторые из основных поставщиков:

Поставщик	Атрибуты порошка
Sandvik	Диапазон размеров 10-150 мкм, кажущаяся плотность до 65%, порошок неправильной и сферической формы
Hoganas	Диапазон размеров 45-150 мкм, кажущаяся плотность до 80%, сферический порошок, высокая чистота
Pometon	Диапазон размеров 10-63 мкм, кажущаяся плотность до 65%, сферический и неоднородный порошок
Порошок CNPC	Диапазон размеров 10-150 мкм, кажущаяся плотность до 75%, высокая чистота

Предлагаются различные марки порошков, оптимизированные для аддитивного производства, прессования и спекания, а также разработанные с учетом специфических требований заказчика.

Надежные поставщики осуществляют тщательный контроль качества при производстве порошков и предоставляют сертификаты на мельницы с подтверждением состава партии.

Ценообразование на порошок CuCrZr

Порошок CuCrZr, являясь специализированным сплавом, стоит дороже, чем порошки стандартных материалов. Вот некоторые типичные диапазоны цен:

Степень порошкообразности	Размер частиц	Диапазон цен
CuCrZr для AM	15-45 мкм	$100-150 за кг
CuCrZr для прессования и спекания	45-150 мкм	$50-100 за кг
Высокочистый CuCrZr	10-45 мкм	1ТП4Т180-250 за кг

• Тонкий порошок менее 45 мкм, как правило, более $100/кг идеально подходит для аддитивного производства.
• Более грубый порошок 45-150 мкм стоимостью $50-100/кг подходит для прессования и агломерации.
• Порошок высокой чистоты (>99,9%), предназначенный для критически важных применений, имеет более высокую цену, чем $180/кг.
• Снижение содержания кислорода и углерода улучшает консолидацию и конечные свойства.
• Цены зависят от количества, размерного ряда, уровня качества порошка.

С поставщиками могут быть согласованы скидки на объем от 1 кг до нескольких тонн. Порошок высокой чистоты с контролируемым гранулометрическим составом имеет более высокую цену.

Порошок CuCrZr: охрана труда и техника безопасности

Как и большинство металлических порошков, порошок CuCrZr требует осторожного обращения для минимизации рисков для здоровья и безопасности:

Опасность	Меры предосторожности	СИЗ
Зрительный контакт	Избегайте прямого контакта. Не тереть глаза после воздействия. При попадании в глаза промыть водой.	Защитные очки
Контакт с кожей	Избегайте прямого контакта. Тщательно промойте пораженные участки водой с мылом.	Перчатки
Ингаляция	Не допускайте вдыхания порошковой пыли. Обеспечьте надлежащую вентиляцию.	Утвержденные респираторы
Проглатывание	Избегайте контакта рук с ртом. Мойте руки после работы.	–
Пожар	Для тушения возгорания металлического порошка используйте сухой песок. Не используйте воду.	Средства пожарной безопасности

• При работе с порошком используйте СИЗ - очки, перчатки, респиратор, чтобы минимизировать контакт с ним.
• Соблюдайте правила гигиены после работы с порошком.
• Не допускать накопления порошковой пыли на поверхностях.
• Хранить закрытые контейнеры в сухом прохладном месте вдали от источников возгорания.

Полная информация о безопасности содержится в SDS. При возникновении раздражения обратитесь за медицинской помощью. Соблюдение правил техники безопасности позволяет свести к минимуму риски при работе с порошком CuCrZr.

Контроль и испытания порошка CuCrZr

Для обеспечения высокого качества и стабильности порошок CuCrZr должен подвергаться контролю и испытаниям:

Параметр	Метод	Спецификация
Химический состав	XRF, мокрая химия	Соответствие заданному содержанию Cu, Cr и Zr
Распределение частиц по размерам	Лазерная дифракция, просеивание	Размер медианы, D10, D90 в пределах указанного диапазона
Морфология порошка	СЭМ-изображение	Сферическая форма, минимальное количество сателлитов для АМ-порошка
Кажущаяся плотность	Расходомер Холла	В соответствии с условиями применения
Расход	Расходомер Холла	В соответствии с условиями применения
Примеси	ICP, LECO анализ	Низкое содержание кислорода и азота

Надлежащее тестирование в процессе производства и окончательный контроль обеспечивают соответствие порошка химическим, физическим и морфологическим характеристикам, необходимым для его применения. Регулярные испытания должны проводиться как производителем, так и потребителем порошка.

Вопросы и ответы

Q. Для чего используется сплав CuCrZr?

A. CuCrZr используется в областях, требующих высокой прочности в сочетании с хорошей электрической и тепловой проводимостью, например, в электродах для контактной сварки, радиаторах и высокотемпературных пружинах.

Q. Как изготавливается порошок CuCrZr?

A. CuCrZr производится путем газовой или водяной атомизации расплавленного сплава с образованием мелких сферических или неправильных частиц порошка, оптимально подходящих по размеру для использования в АМ или прессовании и спекании.

Q. Что влияет на свойства деталей из CuCrZr?

A. Свойства зависят от состава, качества порошка, метода и параметров консолидации, термообработки и микроструктуры. Способность CuCrZr к закалке осаждением также позволяет регулировать прочность.

Q. В чем разница между порошком CuCrZr, распыляемым газом, и порошком, распыляемым водой?

A. Порошок, распыляемый газом, имеет сферическую морфологию, идеальную для AM-обработки, в то время как порошок, распыляемый водой, имеет неправильную форму, пригодную для прессования и спекания.

Q. Нуждается ли сплав CuCrZr в термической обработке?

A. Да, отжиг в растворе и термическая обработка при старении позволяют оптимизировать прочность и электропроводность за счет управления осадками в микроструктуре сплава.

Q. Какова типичная цена на порошок CuCrZr?

A. Стоимость порошка CuCrZr варьируется от $50/кг для прессов и агломератов до $250/кг для порошка высокой чистоты для АМ. Более мелкие фракции и высокая чистота повышают стоимость.