Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver

Kobalt-Chrom-CoCrMo-Pulver, genauer gesagt CoCrMo, ist ein Pulver aus einer Kobaltlegierung, das in verschiedenen Metallpulveranwendungen wie dem Metallspritzguss (MIM) und der additiven Fertigung (AM) eingesetzt wird.

Einige wichtige Informationen ĂŒber Kobalt-Chrom CoCrMo-Legierungspulver:

  • Zusammensetzung - Besteht hauptsĂ€chlich aus Kobalt zusammen mit Chrom, MolybdĂ€n und geringen Mengen anderer Elemente wie Wolfram, Nickel, Eisen, Silizium, Mangan und Kohlenstoff

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InhaltsĂŒbersicht

Übersicht

Kobalt-Chrom-CoCrMo-Pulver, genauer gesagt CoCrMo, ist ein Pulver aus einer Kobaltlegierung, das in verschiedenen Metallpulveranwendungen wie dem Metallspritzguss (MIM) und der additiven Fertigung (AM) eingesetzt wird.

Einige wichtige Informationen ĂŒber Kobalt-Chrom CoCrMo-Legierungspulver:

  • Zusammensetzung - Besteht hauptsĂ€chlich aus Kobalt zusammen mit Chrom, MolybdĂ€n und geringen Mengen anderer Elemente wie Wolfram, Nickel, Eisen, Silizium, Mangan und Kohlenstoff
  • Eigenschaften - Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, KorrosionsbestĂ€ndigkeit, Verschleißfestigkeit und BiokompatibilitĂ€t
  • Herstellungsverfahren - Normalerweise durch GaszerstĂ€ubung hergestellt
  • PartikelgrĂ¶ĂŸen - typischerweise von 10 Mikron bis 45 Mikron
  • Anwendungen - Medizinische Implantate, Zahnimplantate, Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilkomponenten

Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulvertypen

Typ Zusammensetzung Merkmale
CoCrMo-Legierung Co - Gleichgewicht/RĂŒckstandCr - 27-30%Mo - 5-7%Si, Mn, C, Fe - <1% Hervorragende Festigkeit, HĂ€rte, KorrosionsbestĂ€ndigkeitGeeignet fĂŒr MetallspritzgussGute Verschleißfestigkeit
Kohlenstoffarmes CoCrMo Co - Gleichgewicht/RĂŒckstandCr - 27-30%Mo - 5-7%Si, Mn, C - <0,05% Fe - <0,75% Niedriger Kohlenstoffgehalt fĂŒr bessere DuktilitĂ€tVerbesserte Reduzierung von Schmelzfehlerngeringere AnfĂ€lligkeit fĂŒr RissbildungBesser geeignet fĂŒr AM/3D-Druck

Eigenschaften von Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver

Kobalt-Chrom-Legierungspulver zeichnet sich durch eine ausgewogene Kombination von mechanischen Eigenschaften, KorrosionsbestĂ€ndigkeit und BiokompatibilitĂ€t aus und eignet sich daher fĂŒr anspruchsvolle Anwendungen.

Eigentum Einzelheiten
StÀrke Höchste Zugfestigkeit: 120 bis 230 ksiStreckgrenze: 110 bis 150 ksi
HĂ€rte Rockwell-HĂ€rte: 25 bis 35 HRCVickers-HĂ€rte: 350 bis 450 HV
Dichte 8,3 g/cc
Schmelzpunkt 1260 bis 1350°C (2300 bis 2460°F)
WÀrmeleitfÀhigkeit 9 bis 12 W/m-K
Elektrischer spezifischer Widerstand 94 bis 108 ΌΩ-cm
WĂ€rmeausdehnungskoeffizient 14 bis 16 ÎŒm/m-°C
ElastizitÀtsmodul 230 bis 253 GPa
Dehnung 8 bis 35%

Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver Anwendungen

Dank seiner Vielseitigkeit wird Kobalt-Chrom-Legierungspulver in mehreren wichtigen Branchen eingesetzt, von der Medizin- und Dentaltechnik bis hin zur Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie.

Industrie Anmeldung Komponenten
Medizin/Zahnmedizin Implantate, Prothetik HĂŒftimplantate, Knieimplantate, Knochenplatten, Schrauben
Luft- und Raumfahrt Turbinenschaufeln, Fahrwerk Klingen, Wellen, Scheiben, ZahnrÀder
Automobilindustrie Ventile, Pumpen, Werkzeuge Motorventile, Ventilsitze, ZahnkrÀnze
Industriell Verschleiß- und Korrosionsteile Dichtungen, Ventile, Pumpenteile

Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver Spezifikationen

Pulver aus Kobalt-Chrom-Legierungen entsprechen mehreren internationalen und regionalen Normen, was die Grenzwerte fĂŒr die Zusammensetzung sowie die PartikelgrĂ¶ĂŸenverteilung und die Eigenschaften betrifft. Übliche QualitĂ€ten sind Pulver nach ASTM F75, F799 und F1537.

Norm/Spezifikation Region Erlaubte Elemente PartikelgrĂ¶ĂŸe Eigenschaften
ASTM F75 USA Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni 10 bis 45 Mikrometer Kontrollierte O-, N-GrenzwerteCobalt ≄58% Cr 27 bis 301TP3HĂ€rte 35 HRC (min)UTS 120 ksi (min)Streckgrenze 80 ksi (min)Dehnung 15% (min)
ASTM F799 USA Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe 15 bis 45 Mikrometer Geringerer C-GehaltVerbesserte AM-EigenschaftenCobalt ≄58% Cr 19 bis 21%
ASTM F1537 USA Co, Cr, Mo, Si, Mn, C 10 bis 45 Mikrometer Verwendet fĂŒr MIM-AnwendungenModifizierte F75-Zusammensetzung

Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver Hersteller & Lieferanten

Es gibt mehrere weltweit fĂŒhrende Anbieter, die Kobalt-Chrom-Pulver fĂŒr den MIM- und AM-Bedarf in den wichtigsten Branchen herstellen. Sie bieten verschiedene QualitĂ€ten an, die den regionalen Normen entsprechen.

Anbieter Klassen Erlaubte Elemente PartikelgrĂ¶ĂŸe ZusĂ€tzliche Informationen
Sandvik Fischadler ASTM F75ASTM F799 Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, NiW, N 15 bis 45 Mikrometer SphÀrische gaszerstÀubte PulverSonderlegierungenNiedriger O-, N-Gehalt
Praxair F75F1537F799 Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni 15 bis 45 Mikrometer WĂ€hlen Sie eine Sorte fĂŒr AM vs MIMHigh purity
Zimmerer-Zusatzstoff F75F799 Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni 15 bis 45 Mikrometer Niedriger O, NHohe StampfdichteKugelförmige Morphologie
Erasteel F799F75Benutzerdefiniert Co, Cr, Mo, Si, Mn, C, Fe, Ni 10 bis 45 Mikrometer Maßgeschneiderter Sauerstoff/StickstoffHochreine ZerstĂ€ubung

Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver Preisgestaltung

Anbieter Klasse PartikelgrĂ¶ĂŸe Preis
Sandvik Fischadler ASTM F75 15-45 Mikrometer $75/kg
Praxair ASTM F799 25-45 Mikrometer $60/kg
Zimmerer-Zusatzstoff Benutzerdefinierte F75 25-45 Mikrometer $90/kg
Erasteel ASTM F1537 15-45 Mikrometer $70/kg

Die Preise variieren in AbhĂ€ngigkeit von Faktoren wie Lieferant, QualitĂ€t und Einhaltung der Spezifikationen, PartikelgrĂ¶ĂŸe, Abnahmemenge/Volumen und geografische Region.

Vorteile von Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver

  • Hohe Festigkeit mit UTS ĂŒber 200 ksi
  • BehĂ€lt Festigkeit und DuktilitĂ€t bei hohen Temperaturen
  • Ausgezeichnete Verschleiß- und Abriebfestigkeit
  • Hervorragende KorrosionsbestĂ€ndigkeit, insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen
  • Niedrige magnetische PermeabilitĂ€t
  • Hervorragende BiokompatibilitĂ€t und Bioinertheit
  • Maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften

Grenzen von Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver

  • Relativ teuer im Vergleich zu Stahlpulvern
  • Geringere WĂ€rmeleitfĂ€higkeit als andere Legierungen
  • Erfordert WĂ€rmebehandlung zur Optimierung der Eigenschaften
  • AnfĂ€llig fĂŒr Fabrikationsfehler bei unsachgemĂ€ĂŸer Verarbeitung
  • Es ist schwierig, interne Oxidation und Nitride vollstĂ€ndig zu vermeiden.
  • setzt Metallionen frei, die die BiokompatibilitĂ€t beeintrĂ€chtigen

Kobalt-Chrom- vs. Edelstahl-Pulver

Parameter Kobalt Chrom Rostfreier Stahl
StÀrke Höher Unter
HÀrte Höher Niedrig bis mittel
KorrosionsbestĂ€ndigkeit Erheblich besser MĂ€ĂŸig
BiokompatibilitÀt Ausgezeichnet durch reine Legierung Variiert je nach Zusammensetzung
Kosten Teurer Weniger teuer
Verarbeitbarkeit Schwieriger aufgrund der erforderlichen schnellen AbkĂŒhlungsraten Leichter zu verarbeiten
Anwendungen Kritischere, lasttragende Implantate Weniger kritische temporÀre Implantate

Kobalt-Chrom vs. Titan-Pulver

Parameter Kobalt Chrom Titan
Dichte Schwerer Feuerzeug
StĂ€rke Ähnlich oder etwas höher Etwas niedriger
HÀrte Höher Niedrig bis mittel
BiokompatibilitĂ€t Ähnlich, keine bestĂ€tigten langfristigen Probleme Ausgezeichnet durch eine stabile Oxidschicht
KorrosionsbestĂ€ndigkeit Deutlich bessere, stabilere Oxidschicht MĂ€ĂŸig, anfĂ€llig fĂŒr bestimmte Umgebungen
Kosten Teurer Weniger teuer (cp Titan)
Schwierigkeit bei der Herstellung Höher, benötigt kontrollierte schnelle AbkĂŒhlung Niedriger, mehr Raum fĂŒr ProzessvariabilitĂ€t
Anwendungen Dauerhafte Implantate fĂŒr den Gelenkersatz Sowohl permanente als auch temporĂ€re Implantate

Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver fĂŒr das Metall-Spritzgießen

Beim Metall-Spritzguss wird feines Kobalt-Chrom-Pulver zusammen mit einer Mischung aus thermoplastischen Bindemitteln verwendet. Das homogene Ausgangsmaterial wird dann unter Ausnutzung der prĂ€zisen Formgebungsmöglichkeiten des Polymerspritzgießens zu komplexen netzförmigen Teilen geformt.

CoCrMo-Legierungszusammensetzungen fĂŒr MIM

  • Typisch Kobalt - Gleichgewicht/RĂŒckstand
  • Chrominum - 28 bis 30 wt%
  • MolybdĂ€n - 5 bis 7 Gew.-%%
  • Kohlenstoff - Gering gehalten, < 0,05wt%
  • Eisen, Mangan - geringe Mengen
  • Nickel, Stickstoff - minimiert

Vorteile von MIM mit CoCrMo-Pulver

  • Liefert komplexe, netzförmige Teile, die mit anderen Methoden nicht möglich sind
  • Nahezu volle Dichte und homogenes GefĂŒge
  • Gleiche oder bessere Eigenschaften als Guss- oder Knetlegierungen
  • Minimiert teure Nachbearbeitung
  • Ermöglicht kleine, empfindliche Merkmale und dĂŒnne WĂ€nde
  • Konsistente Maßtoleranz und OberflĂ€chengĂŒte
  • KostengĂŒnstig fĂŒr mittlere Volumen

MIM-Prozess-Schritte mit CoCrMo-Pulver

Das spezielle MIM-Verfahren umfasst mehrere wichtige Schritte, um das Ausgangsmaterial in dichte Endkomponenten mit maßgeschneiderten Eigenschaften zu verwandeln.

Schritt Einzelheiten
Mischen CoCrMo-Pulver, gemischt mit Bindemitteln zur Herstellung von Rohmaterial
Spritzgießen Rohmaterial wird mit PrĂ€zision zu komplexen, nahezu netzförmigen Teilen geformt
Entbinden Lösungsmittel und thermischer Zyklus entfernt polymere Bindemittel
Sintern Kontrolliertes Ofenverfahren zur Verdichtung von CoCrMo-Pulver bei hoher Temperatur
Nachbearbeitung HĂ€ufig werden sekundĂ€re WĂ€rmebehandlungen oder heißisostatisches Pressen angewandt.
Fertigstellung ZusÀtzliche Bearbeitung, Schleifen oder Polieren, falls erforderlich

MIM Kobalt-Chrom Materialeigenschaften

MIM ermöglicht CoCrMo-Legierungen mit einer Reihe von erreichbaren mechanischen Eigenschaften und KorrosionsbestÀndigkeit. Die Eigenschaften können durch WÀrmebehandlungen nach dem Sintern weiter verbessert werden.

Eigentum Gesinterter Zustand WĂ€rmebehandelter Zustand CoCrMo-Knetlegierungen
Dichte 8,20-8,30 g/cc 8,25-8,35 g/cc 8,3 g/cc
HĂ€rte 25-35 HRC 38-55 HRC 35-55 HRC
EndgĂŒltige Zugfestigkeit 75-100 ksi 120-220 ksi 120-300 ksi
Streckgrenze 50-85 ksi 110-200 ksi 110-250 ksi
Dehnung 8-25% 3-30% 8-35%

MIM CoCrMo Anwendungen

MIM ermöglicht leichte, hochfeste CoCrMo-Bauteile mit dĂŒnnen WĂ€nden, Hinterschneidungen und versteckten KanĂ€len fĂŒr kritische Anwendungen in der OrthopĂ€die- und Luftfahrtindustrie.

Industrie Anmeldung Komponenten
Medizinische Gelenkersatz-Implantate HĂŒftschĂ€fte, Knieschienbeinschalen, WirbelsĂ€ulenkĂ€fige
Luft- und Raumfahrt SchubdĂŒsen, Fahrwerk Statoren, Halterungen, Aktuatoren
Automobilindustrie Kraftstoffsystem InjektorgehÀuse, Pumpen
Öl und Gas Bohren SchwenkgehĂ€use, Ventilteller, Dichtungen

Kobalt-Chrom CoCrMo-Pulver fĂŒr die additive Fertigung

Die additive Fertigung unter Verwendung von Kobalt-Chrom-CoCrMo-Pulver revolutioniert die Herstellung von Metallimplantaten durch die Möglichkeit, poröse Strukturen zu schaffen, die das Einwachsen von Knochen ermöglichen.

Vorteile der additiven Fertigung mit CoCrMo

  • Maßgeschneiderte, auf den Patienten abgestimmte orthopĂ€dische Implantate
  • Kontrollierte poröse Strukturen fĂŒr die Osseointegration
  • Weniger Abfall im Vergleich zu traditionellen subtraktiven Techniken
  • Rationalisierte Lieferkette mit reduzierten BestĂ€nden
  • Gestaltungsfreiheit fĂŒr komplexe, organische Formen, die beim Gießen nicht möglich sind
  • Eliminierung teurer Spezialwerkzeuge
  • Dichte, hochfeste Komponenten, die mit Kneteigenschaften konkurrieren

HĂ€ufigster AM-Prozess fĂŒr CoCrMo

Es gibt zwar mehrere Metall-AM-Technologien wie Binder-Jetting und DED, aber das Laser-Pulverbett-Fusionsverfahren (L-PBF) ist das am weitesten verbreitete Verfahren fĂŒr orthopĂ€dische Implantate aus Kobaltchrom.

Überblick ĂŒber das Laser-Pulverbett-Schmelzverfahren AM

Schritt Einzelheiten
3D-Modell In CAD-Software erstelltes Implantatdesign auf der Grundlage des Patientenscans
Schneiden von Modell digital in Schichten zerlegt als Bauanleitung fĂŒr das System
Pulverabscheidung CoCrMo-Pulver gleichmĂ€ĂŸig auf der Bauplatte verteilt
Laserschmelzen Fokussierter Laser schmilzt Pulver selektiv auf jeder Scheibe
Neubeschichtung Frische Schicht aus CoCrMo-Pulver darauf verteilen
Wiederholen Sie die Schritte Die Schritte werden Schicht fĂŒr Schicht wiederholt, bis das gesamte Teil gebaut ist.
Nachbearbeitung ÜberschĂŒssiges Pulver wird entfernt und WĂ€rmebehandlungen durchgefĂŒhrt

Typische CoCrMo-Zusammensetzungen fĂŒr AM

  • Kobalt - Gleichgewicht/ZurĂŒckhaltung
  • Chrom - 26 bis 30 Gew.-%%
  • MolybdĂ€n - 5 bis 7 Gew.-%%
  • Kohlenstoff, Stickstoff - minimiert
  • Silizium, Mangan - <1 wt%
  • Wolfram, Eisen - <0,75 Gew.-%%

Parameter-Optimierung fĂŒr CoCrMo AM

Um die volle Dichte und Eigenschaften zu erreichen, die der traditionellen Herstellung nahe kommen, mĂŒssen die AM-Parameter speziell fĂŒr Kobaltchrompulver optimiert werden.

Parameter Typischer Bereich Rolle Wirkung
Laserleistung 100-500 W Schmilzt jede Schicht Beeinflusst Baurate, PorositÀt, Rissbildung
Scan-Geschwindigkeit 100-1000 mm/s Kontrolliert den Energieeinsatz Auswirkungen auf die Tiefe des Schmelzbeckens, Heiz-/KĂŒhlraten
Abstand zwischen den Luken 50-200 ÎŒm Bestimmt die Überlappung des gescannten Bereichs Bestimmt den Anteil des geschmolzenen und gebundenen Volumens
Schichtdicke 20-100 ÎŒm Legt die Z-Auflösung fest DĂŒnnere Schichten verringern den Treppeneffekt

Nachbearbeitung von AM CoCrMo-Komponenten

ZusĂ€tzliche Schritte tragen dazu bei, innere Spannungen aus dem AM-Prozess abzubauen und die ErmĂŒdungsleistung zu verbessern.

  • Stressabbauende WĂ€rmebehandlungen
  • Heißisostatisches Pressen (HIP)
  • OberflĂ€chenbearbeitung - Schleifen, Polieren
  • Bearbeitung der Netzform, falls erforderlich

Mechanische Eigenschaften - AM vs. gegossenes CoCrMo

Eigentum Wie-hergestellt AM HIP AM Gießen
Dichte 8,15-8,25 g/cc 8,20-8,30 g/cc 8,25-8,35 g/cc
HĂ€rte 35–50 HRC 35-45 HRC 35-45 HRC
EndgĂŒltige Zugfestigkeit 120-205 ksi 130-220 ksi 120-150 ksi
Streckgrenze 110-185 ksi 115-200 ksi 80-130 ksi
Dehnung 8-35% 15-40% 15-50%

Das Ergebnis ist, dass sorgfÀltig optimierte AM-Parameter in Kombination mit HIP mit der mechanischen Leistung traditionell hergestellter Kobalt-Chrom-Komponenten mithalten können.

FAQ

F: Eignet sich Kobaltchrompulver fĂŒr Nitinolanwendungen als Hochtemperatur-FormgedĂ€chtnislegierung?

A: Nein, Nitinol ist ein eigenstÀndiges Nickel-Titan-Legierungssystem mit besonderen FormgedÀchtnis- und superelastischen Eigenschaften. CoCr-Legierungen werden nicht als FormgedÀchtnislegierungen betrachtet.

F: Welcher PartikelgrĂ¶ĂŸenbereich von CoCrMo-Pulver wird fĂŒr die additive Fertigung mit Binder Jetting empfohlen?

A: FĂŒr das Binder Jetting AM mit CoCrMo wird in der Regel ein PartikelgrĂ¶ĂŸenbereich von 15 bis 45 Mikron empfohlen, um ein Gleichgewicht zwischen Packungsdichte und Sinterkinetik herzustellen. Feinere Pulver <25 Mikrometer können verklumpen und die PorositĂ€t erhöhen.

F: Gibt es signifikante Unterschiede in der KorrosionsbestÀndigkeit zwischen einer gedruckten und einer geschmiedeten CoCrMo-Legierung?

A: Richtig verarbeitetes AM CoCrMo nĂ€hert sich der KorrosionsbestĂ€ndigkeit von Knetlegierungen. Der SchlĂŒssel liegt in der Minimierung der inneren Poren und Mikrorisse mit optimierter Verarbeitung, um einen vergleichbaren Schutz vor der OberflĂ€chenoxidschicht zu erreichen.

F: Was ist der Unterschied zwischen dem heißisostatischen Pressen (HIP) und dem Vakuumsintern von 3D-gedruckten CoCr-Komponenten?

A: Beim HIP werden hohe Hitze und isostatischer Druck aus allen Richtungen angewandt, wodurch innere HohlrĂ€ume effektiver beseitigt werden als beim Vakuumsintern. Dies maximiert die Dichte und ErmĂŒdungsleistung, die fĂŒr tragende Implantate entscheidend sind.

F: Wie ist die Festigkeit der MIM-Kobalt-Chrom-Legierung im Vergleich zu Titan- oder Edelstahl-Legierungen?

A: MIM CoCrMo erreicht oder ĂŒbertrifft im Allgemeinen das Festigkeitsniveau von nachahmbaren Titan- und Edelstahllegierungen wie Ti6Al4V und 316L SS aufgrund der höheren HĂ€rte und Karbidbildung.

F: Kann CoCrMo-Pulver nach der additiven Fertigung im Pulverbettschmelzverfahren wiederverwendet werden?

A: Die Wiederverwendung von AM-Pulver ist möglich, aber es wird empfohlen, frisches Pulver zu verwenden, wenn dies möglich ist, um die AnhĂ€ufung von Satellitenpartikeln zu minimieren, die zu einer VerĂ€nderung der Chemie und einer schlechteren Packung bei der Neubeschichtung fĂŒhren.

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