CuCrZr-Pulver

CuCrZr-Pulver ist ein Legierungspulver, das aus Kupfer (Cu), Chrom (Cr) und Zirkonium (Zr) besteht. Es bietet eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, die es für Hochleistungsanwendungen geeignet machen, die hohe Festigkeit, gute Leitfähigkeit und Beständigkeit gegen Erweichung bei erhöhten Temperaturen erfordern.

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CuCrZr-Pulver Übersicht

CuCrZr-Pulver ist ein Legierungspulver, das aus Kupfer (Cu), Chrom (Cr) und Zirkonium (Zr) besteht. Es bietet eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, die es für Hochleistungsanwendungen geeignet machen, die hohe Festigkeit, gute Leitfähigkeit und Beständigkeit gegen Erweichung bei erhöhten Temperaturen erfordern.

Zusammensetzung von CuCrZr-Pulver

CuCrZr ist eine ausscheidungsgehärtete Legierung, d. h. ihre hohe Festigkeit beruht auf kohärenten Ausscheidungen, die sich in der Metallmatrix bilden. Die Zusammensetzung spielt eine Schlüsselrolle bei der Erzielung eines optimalen Ausscheidungshärtungsverhaltens. Hier sind die typischen Zusammensetzungsbereiche:

Element Zusammensetzung Bereich
Kupfer (Cu) Restbetrag
Chrom (Cr) 0,5 – 1,2 Gew.-%
Zirkonium (Zr) 0,03 – 0,3 Gew.-%

 

  • Kupfer bildet die Matrix und sorgt für thermische und elektrische Leitfähigkeit.
  • Chrom trägt zur Festigung des Mischkristalls bei und bildet Ausscheidungen, die die Versetzungsbewegung behindern.
  • Zirkonium bildet mit Kupfer kohärente Ausscheidungen, die eine Ausscheidungshärtung ermöglichen.

Der Chrom- und Zirkoniumgehalt ist optimiert, um die Festigkeit durch Ausscheidungshärtung zu maximieren und gleichzeitig eine gute Leitfähigkeit beizubehalten.

Eigenschaften von CuCrZr-Pulver

CuCrZr-Pulver bietet aufgrund seiner Ausscheidungshärtung eine außergewöhnliche Kombination aus Festigkeit, Leitfähigkeit und Wärmebeständigkeit. Hier sind einige wichtige Eigenschaften:

Eigentum Wert
Dichte 8,8 g/cm3
Elektrische Leitfähigkeit 22 – 48% INVEKOS
Wärmeleitfähigkeit 200 – 300 W/m-K
Schmelzpunkt 1065°C
Wärmeausdehnungskoeffizient 16,5 x 10<sup>-6</sup> /°C
Elastischer Modul 124 GPa
Streckgrenze 350 – 650 MPa
Dehnung 8-15%
Oxidationsbeständigkeit Gut bis zu 900°C

 

  • Es hat eine hohe Festigkeit durch Ausscheidungshärtung bei gleichzeitig mäßiger Leitfähigkeit. Die Festigkeit kann durch Wärmebehandlung angepasst werden.
  • Ausgezeichnete Leitfähigkeit im Vergleich zu ausscheidungsgehärteten nichtrostenden Stählen aufgrund des höheren Kupfergehalts in der Matrix.
  • Gute Wärmebeständigkeit mit Beibehaltung von Festigkeit und Leitfähigkeit bis zu 400-500°C. Weniger anfällig für Erweichung im Vergleich zu anderen Cu-Legierungen.
  • Widerstandsfähig gegen Oxidation und Korrosion aufgrund der Bildung einer schützenden Cr2O3-Oxidschicht.

Aufgrund dieses einzigartigen Eigenschaftsprofils eignet sich CuCrZr für Anwendungen wie Widerstandsschweißelektroden, Wärmemanagementkomponenten und Hochtemperaturfedern.

Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von CuCrZr-Pulver

Die ausgewogenen Eigenschaften von CuCrZr-Pulver machen es für folgende Anwendungen geeignet

Anmeldung Grund für die Verwendung
Elektroden zum Widerstandsschweißen Hohe Festigkeit, gute Leitfähigkeit, Beständigkeit gegen Verformung bei erhöhten Temperaturen
Wärmesenken und Wärmerohre Hohe Wärmeleitfähigkeit kombiniert mit hoher Temperaturbeständigkeit
Elektrische Kontakte und Steckverbinder Gute Leitfähigkeit, hohe Festigkeit ermöglicht Miniaturisierung
Hochtemperatur-Federn Beibehaltung der Festigkeit bei erhöhter Temperatur
Glasversiegelungslegierungen Enge Übereinstimmung des WAK mit Borosilikatglas

 

  • Widerstandsschweißelektroden – Ihre hervorragende Leitfähigkeit erzeugt beim Schweißen weniger Wärme und ermöglicht kürzere Schweißzeiten. Die hohe Festigkeit verhindert das Aufpilzen der Elektrodenspitzen.
  • Wärmemanagement – Einsatz in Wärmetauschern, Kühlkörpern, Wärmerohren usw., wo eine hohe Wärmeleitfähigkeit die Wärme schnell ableitet und gleichzeitig die mechanische Integrität aufrechterhält.
  • Elektrische Kontakte – Können aufgrund ihrer höheren Festigkeit und ähnlichen Leitfähigkeit Berylliumkupferkontakte in vielen Anwendungen ersetzen.
  • Hochtemperaturfedern – werden für Federn verwendet, die bis zu 500°C arbeiten, ohne dass sie im Gegensatz zu Stahlfedern an Tragfähigkeit verlieren.
  • Glas-Metall-Dichtungen – Der WAK entspricht dem von Borosilikatglas und ermöglicht spannungsarme Glasdichtungsanwendungen.

Die Fähigkeit von CuCrZr zur Ausscheidungshärtung ermöglicht die Anpassung der Festigkeit an die spezifischen Anwendungsanforderungen durch einfache Änderung der Wärmebehandlungsparameter.

CuCrZr-Pulver Spezifikationen

CuCrZr-Pulver ist in verschiedenen Größenbereichen und Reinheiten erhältlich und kann je nach Anwendungsbedarf angepasst werden. Hier sind einige allgemeine Spezifikationen:

Spezifikation Einzelheiten
Größenbereich 10 – 150 Mikrometer
Reinheit Bis zu 99,9%
Kohlenstoffgehalt <100 ppm
Sauerstoffgehalt <500 ppm
Partikelform kugelförmig, unregelmäßig
Scheinbare Dichte Bis zu 80 % der theoretischen Dichte
Durchflussmenge Bis zu 25 s/50 g

 

  • Die Größe des Pulvers wirkt sich direkt auf die Dichte und die Oberflächengüte der fertigen Teile aus. Feineres Pulver führt zu höherer Dichte und besserer Oberflächengüte.
  • Der hohe Reinheitsgrad verringert Verunreinigungsprobleme während der Konsolidierung und verbessert die endgültigen Eigenschaften.
  • Gasverdüstes Pulver hat eine glatte, kugelförmige Morphologie, die ideal für die additive Fertigung ist. Wasserverdüstes Pulver hat eine unregelmäßige Form, die sich für Press- und Sinteranwendungen eignet.
  • Die scheinbare Dichte gibt an, wie dicht das Pulver gepackt werden kann. Höhere Dichten verbessern die Sinterung.
  • Die Fließgeschwindigkeit beeinflusst die einfache Handhabung des Pulvers und die gleichmäßige Befüllung der Matrizen im Press- und Sinterprozess.

Pulvereigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, Form, Schüttdichte usw. können je nach den Anforderungen der Anwendung angepasst werden.

Verfestigungsmethoden für CuCrZr-Pulver

CuCrZr-Pulver kann mit Methoden wie diesen zu vollständig dichten Komponenten verfestigt werden:

Konsolidierungsmethode Einzelheiten
Additive Fertigung Selektives Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen
Pressen und Sintern Gefolgt von Infiltration oder weiterer Wärmebehandlung
Heiß-Isostatisches Pressen Vollständige Verdichtung des eingekapselten Pulvers
Extrusion Schmieden von mit Schmiermitteln vermischtem Pulver
Funken-Plasma-Sintern Schnelle Verdichtung mit gepulstem Strom

 

Additive Fertigungsverfahren wie das selektive Laserschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen werden üblicherweise zur Herstellung komplexer, netzförmiger CuCrZr-Teile mit feinem Gefüge direkt aus Pulver verwendet.

Das Press- und Sinterverfahren ist für die Großserienproduktion wirtschaftlich, erfordert jedoch mehrere Schritte. Die endgültigen Eigenschaften hängen von der Sintertemperatur, der Zeit, der Atmosphäre usw. ab.

Beim heißisostatischen Pressen wird hoher Druck angewendet, der eine vollständige Verdichtung bei niedrigeren Temperaturen ermöglicht. Es reduziert die Porosität in additiv gefertigten Teilen und verbessert die Ermüdungslebensdauer.

Strangpressen und Funkenplasmasintern sind alternative Verfahren, die sich für einfachere Geometrien eignen. Der Konsolidierungsprozess beeinflusst die endgültige Mikrostruktur, die Eigenschaften und die Leistung.

Wärmebehandlung von CuCrZr-Legierungen

Ein wesentlicher Vorteil der CuCrZr-Legierung ist ihre Ausscheidungshärtung. Durch Lösungsglühen und Alterungswärmebehandlungen kann die Festigkeit je nach Anforderung erheblich verändert werden:

Wärmebehandlung Einzelheiten
Lösungsglühen 850-980°C, Wasserabschreckung. Löst Ausscheidungen auf, erweicht die Legierung
Alterung 350-500°C für 1-4 Stunden. Steuert die Ausfällung und Aushärtung.
Stressabbau 350°C für 1 Stunde. Entfernt Eigenspannungen.

 

Beim Lösungsglühen werden Chrom und Zirkonium in fester Lösung aufgelöst und anschließend schnell abgeschreckt, um einen übersättigten Mischkristall zu bilden. Bei der anschließenden Alterungsbehandlung bilden sich feine kohärente Ausscheidungen, die zu einer Ausscheidungshärtung führen.

Alterungszeit und Temperatur steuern direkt die Härtungsreaktion. Eine niedrigere Alterungstemperatur und kürzere Zeiten erhalten die Leitfähigkeit. Ausscheidungshärtung kann die Festigkeit im Vergleich zum gelösten Zustand verdreifachen.

Das Spannungsarmglühen trägt dazu bei, Eigenspannungen aus der vorangegangenen Kalt- oder Warmumformung abzubauen, um den Verzug während der Bearbeitung zu minimieren.

Vergleich von CuCrZr-Pulver mit Alternativen

CuCrZr konkurriert mit Legierungen wie ausscheidungsgehärteten Edelstählen, Berylliumkupfer und Neusilber:

Legierung CuCrZr 17-4PH SS Be-Cu Ni-Ag
Stärke Ausgezeichnet Ausgezeichnet Messe Gut
Leitfähigkeit Gut Schlecht Ausgezeichnet Gut
Verarbeitbarkeit Messe Gut Ausgezeichnet Ausgezeichnet
Schweißeignung Messe Messe Ausgezeichnet Gut
Kosten Mäßig Hoch Sehr hoch Mäßig

 

  • 17-4PH hat eine vergleichbare Festigkeit, aber aufgrund des höheren Cr- und Ni-Gehalts eine deutlich geringere Leitfähigkeit.
  • Berylliumkupfer hat eine ausgezeichnete Leitfähigkeit, aber eine geringere Festigkeit. Teuer und Probleme mit der Toxizität.
  • Neusilber hat eine gute Festigkeit, aber niedrigere Betriebstemperaturen. Ausgezeichnete Verformbarkeit.
  • CuCrZr bietet für viele Anwendungen das beste Verhältnis von Festigkeit, Leitfähigkeit, Verarbeitbarkeit und Kosten.

Bei der Kombination von Festigkeit und Leitfähigkeit bietet CuCrZr im Vergleich zu ausscheidungsgehärteten Edelstählen oder Beryllium-Kupfer-Legierungen eine höhere Leistung und geringere Kosten.

CuCrZr-Pulver Lieferanten

CuCrZr-Pulver wird von speziellen Metallpulverherstellern geliefert. Hier sind einige der wichtigsten Lieferanten:

Anbieter Pulver-Attribute
Sandvik Größenbereich 10-150 μm, Schüttdichte bis zu 65%, unregelmäßiges und kugelförmiges Pulver
Hoganas Größenbereich 45-150 μm, Schüttdichte bis zu 80%, kugelförmiges Pulver, hohe Reinheit
Pometon Größenbereich 10-63 μm, Schüttdichte bis zu 65%, kugelförmiges und unregelmäßiges Pulver
CNPC-Pulver Größenbereich 10-150 μm, Schüttdichte bis zu 75 %, hohe Reinheit

 

Es stehen verschiedene Pulversorten zur Verfügung, die für die additive Fertigung, Press- und Sinteranwendungen optimiert oder auf spezifische Kundenanforderungen zugeschnitten sind.

Seriöse Anbieter führen umfassende Qualitätskontrollen bei der Pulverherstellung durch und stellen Werkszertifikate mit Nachweis der Chargenzusammensetzung zur Verfügung.

Preise für CuCrZr-Pulver

Als Speziallegierungspulver ist CuCrZr teurer als Standardmaterialpulver. Hier sind einige typische Preisspannen:

Pulversorte Partikelgröße Preisspanne
CuCrZr für AM 15-45 μm 100-150 $ pro kg
CuCrZr für Presse und Sinter 45-150 μm 50-100 $ pro kg
Hochreines CuCrZr 10-45 μm $180-250 pro kg

 

  • Feines Pulver unter 45 Mikron kostet im Allgemeinen über 100 $/kg und ist ideal für die additive Fertigung.
  • Gröberes Pulver von 45-150 Mikron kostet 50-100 $/kg und eignet sich für Pressen und Sinterverfahren.
  • Hochreines (>99,9 %) Pulver, das für kritische Anwendungen bestimmt ist, erzielt Spitzenpreise von über $180/kg.
  • Die Reduzierung des Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalts verbessert die Konsolidierung und die endgültigen Eigenschaften.
  • Die Preise variieren je nach Menge, Größenbereich und Qualitätsstufe des Pulvers.

Mengenrabatte von 1 kg bis zu mehreren Tonnen können mit den Lieferanten ausgehandelt werden. Hochreines Pulver mit kontrollierter Partikelgrößenverteilung zieht höhere Preise nach sich.

CuCrZr-Pulver: Gesundheit und Sicherheit

Wie die meisten Metallpulver erfordert auch CuCrZr-Pulver eine sorgfältige Handhabung, um Gesundheits- und Sicherheitsrisiken zu minimieren:

Gefährdung Vorsichtsmaßnahmen PSA
Augenkontakt Vermeiden Sie direkten Kontakt. Nach Kontakt nicht die Augen reiben. Bei Berührung mit Wasser ausspülen. Schutzbrille
Hautkontakt Vermeiden Sie direkten Kontakt. Betroffene Stellen gründlich mit Wasser und Seife waschen. Handschuhe
Einatmen Vermeiden Sie das Einatmen von Pulverstaub. Für ausreichende Belüftung sorgen. Zugelassene Atemschutzmasken
Verschlucken Vermeiden Sie den Kontakt von Hand zu Mund. Nach der Handhabung Hände waschen.
Feuer Verwenden Sie zum Löschen von Metallpulverbränden trockenen Sand. Kein Wasser verwenden. Brandsicherheitsausrüstung

 

  • Beim Umgang mit dem Pulver PSA tragen – Schutzbrille, Handschuhe, Atemschutzmaske, um den Kontakt zu minimieren.
  • Achten Sie auf gute Hygiene nach der Arbeit mit Pulver.
  • Verhindern Sie die Ansammlung von Pulverstaub auf Oberflächen.
  • Versiegelte Behälter an einem kühlen, trockenen Ort, entfernt von Zündquellen, lagern.

Vollständige Sicherheitsinformationen finden Sie im Sicherheitsdatenblatt. Ärztliche Hilfe in Anspruch nehmen, wenn die Exposition zu Reizungen führt. Ein angemessenes Sicherheitsprotokoll minimiert die Risiken beim Umgang mit CuCrZr-Pulver.

Inspektion und Prüfung von CuCrZr-Pulver

Um eine hohe Qualität und Konsistenz zu gewährleisten, sollte CuCrZr-Pulver inspiziert und getestet werden:

Parameter Methode Spezifikation
Chemische Zusammensetzung XRF, Nasschemie Einhaltung des spezifizierten Cu-, Cr- und Zr-Gehalts
Partikelgrößenverteilung Laserbeugung, Siebung Mediangröße, D10, D90 innerhalb des angegebenen Bereichs
Morphologie des Pulvers SEM-Bildgebung Sphärische Form, minimale Satelliten für AM-Pulver
Scheinbare Dichte Hall-Durchflussmesser Wie für die Anwendung angegeben
Durchflussmenge Hall-Durchflussmesser Wie für die Anwendung angegeben
Verunreinigungen ICP, LECO-Analyse Niedriger Sauerstoff- und Stickstoffgehalt

Eine ordnungsgemäße prozessbegleitende Qualitätsprüfung und Endkontrolle stellt sicher, dass das Pulver die für die vorgesehene Anwendung erforderlichen chemischen, physikalischen und morphologischen Eigenschaften aufweist. Routineprüfungen sollten sowohl vom Pulverhersteller als auch vom Anwender durchgeführt werden.

FAQs

1.Wofür wird die Legierung CuCrZr verwendet?

CuCrZr wird für Anwendungen verwendet, die eine hohe Festigkeit in Verbindung mit einer guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit erfordern, wie z. B. Widerstandsschweißelektroden, Kühlkörper und Hochtemperaturfedern.

2.Wie wird CuCrZr-Pulver hergestellt?

CuCrZr wird durch Gas- oder Wasserzerstäubung der geschmolzenen Legierung hergestellt, um feine kugelförmige oder unregelmäßige Pulverpartikel zu erzeugen, die eine optimale Größe für AM oder Press- und Sinteranwendungen haben.

3.Was beeinflusst die Eigenschaften von CuCrZr-Teilen?

Die Eigenschaften hängen von der Zusammensetzung, der Pulverqualität, dem Konsolidierungsverfahren und den Parametern, der Wärmebehandlung und dem Gefüge ab. Die Fähigkeit von CuCrZr zur Ausscheidungshärtung ermöglicht auch eine individuelle Anpassung der Festigkeit.

4.Was ist der Unterschied zwischen gasverdüstem und wasserverdüstem CuCrZr-Pulver?

Gasverdüstes Pulver hat eine kugelförmige Morphologie, die ideal für die AM-Verarbeitung ist, während wasserverdüstes Pulver eine unregelmäßige Form hat, die sich für Press- und Sinteranwendungen eignet.

5.Braucht die CuCrZr-Legierung eine Wärmebehandlung?

Ja, das Lösungsglühen und die Alterungswärmebehandlung ermöglichen die Optimierung der Festigkeit und der Leitfähigkeit durch die Kontrolle der Ausscheidungen im Mikrogefüge der Legierung.

6.Was ist der typische Preis für CuCrZr-Pulver?

CuCrZr-Pulver reicht von 50 $/kg für Press- und Sinterqualität bis 250 $/kg für hochreines AM-Pulver. Feinere Korngrößenfraktionen und höhere Reinheit erhöhen die Kosten.

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