CoCrMo-Pulver
CoCrMo ist ein Pulver aus einer Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierung, das in der additiven Fertigung von Metallen für biomedizinische, zahnmedizinische, luft- und raumfahrttechnische und industrielle Anwendungen, die Verschleißfestigkeit und Biokompatibilität erfordern, weit verbreitet ist.
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Inhaltsübersicht
Überblick über CoCrMo-Pulver
CoCrMo ist ein Pulver aus einer Kobalt-Chrom-Molybdän-Legierung, das in der additiven Fertigung von Metallen für biomedizinische, zahnmedizinische, luft- und raumfahrttechnische und industrielle Anwendungen, die Verschleißfestigkeit und Biokompatibilität erfordern, weit verbreitet ist.
Dieser Artikel bietet einen detaillierten Leitfaden zu CoCrMo-Pulver, der Zusammensetzung, Eigenschaften, AM-Prozessparameter, Anwendungen, Spezifikationen, Lieferanten, Handhabung, Inspektion, Vergleiche, Vor- und Nachteile sowie häufig gestellte Fragen umfasst. Die wichtigsten Informationen werden in leicht zugänglichen Tabellen dargestellt.
Zusammensetzung von CoCrMo-Pulver
Die Zusammensetzung von CoCrMo-Legierungspulver ist:
| Element | Gewicht % | Zweck |
|---|---|---|
| Kobalt | 58-69 | Matrixelement, Biokompatibilität |
| Chrom | 26-30 | Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit |
| Molybdän | 5-7 | Festigkeit, Verschleißfestigkeit |
| Kohlenstoff | 0.05-0.35 | Hartmetall-Former |
| Silizium | 1 max | Desoxidationsmittel |
| Mangan | 1 max | Desoxidationsmittel |
| Eisen | 0,75 max | Kontaminationsgrenze |
Der hohe Kobaltgehalt sorgt für Biokompatibilität, während Chrom und Molybdän für Festigkeit und Verschleißfestigkeit sorgen.
Eigenschaften von CoCrMo-Pulver
Zu den wichtigsten Eigenschaften von CoCrMo-Pulver gehören:
| Eigentum | Beschreibung |
|---|---|
| Biokompatibilität | Ausgezeichnete Verträglichkeit mit menschlichem Körpergewebe |
| Abriebfestigkeit | Hohe Abrieb- und Gleitverschleißfestigkeit |
| Korrosionsbeständigkeit | Beständig gegen Körperflüssigkeiten und viele Chemikalien |
| Stärke | Zugfestigkeit bis zu 1310 MPa bei Kaltverfestigung |
| Härte | Bis zu 54 HRC bei Aushärtung |
| Ermüdungsfestigkeit | Geeignet für zyklische dynamische Belastung |
Die Eigenschaften ermöglichen die Verwendung für tragende Implantate und Geräte.
AM-Prozessparameter für CoCrMo-Pulver
Typische Parameter für den Druck von CoCrMo-Pulver sind:
| Parameter | Typischer Wert | Zweck |
|---|---|---|
| Höhe der Schicht | 20-50 μm | Auflösung vs. Baugeschwindigkeit |
| Laserleistung | 150-400 W | Schmelzzustand ohne Verdampfung |
| Scan-Geschwindigkeit | 400-1200 mm/s | Dichte versus Produktionsrate |
| Abstand zwischen den Luken | 80-120 μm | Mechanische Eigenschaften |
| Unterstützt | Baum oder Gatter | Überhänge, interne Kanäle |
| Heißisostatisches Pressen | 1220°C, 100 MPa, 3 Stunden | Beseitigung von Porosität |
Maßgeschneiderte Parameter für Dichte, Mikrostruktur, Baurate und Nachbearbeitungsanforderungen.
Anwendungen von 3D-gedruckten CoCrMo-Teilen
AM CoCrMo-Komponenten werden verwendet in:
| Industrie | Anwendungen |
|---|---|
| Medizinische | Knie-/Hüftimplantate, Zahnkronen, chirurgische Werkzeuge |
| Luft- und Raumfahrt | Turbinenschaufeln, Triebwerkskomponenten |
| Automobilindustrie | Ventilsitze, Turboladerräder |
| Industriell | Verschleißfeste Werkzeuge, Flansche, Dichtungen |
| Öl und Gas | Ventilteile, Pumpen |
Zu den Vorteilen gegenüber geknetetem CoCrMo gehören komplexe Geometrien, maßgeschneiderte Implantate, geringere Kosten und kürzere Lieferzeiten.
Spezifikationen von CoCrMo-Pulver für AM
CoCrMo-Pulver muss strenge Spezifikationen erfüllen:
| Parameter | Spezifikation |
|---|---|
| Partikelgrößenbereich | 15-45 μm typisch |
| Partikelform | Sphärische Morphologie |
| Scheinbare Dichte | > 4 g/cc |
| Dichte des Gewindebohrers | > 6 g/cc |
| Hall-Durchflussmenge | > 23 Sekunden für 50 g |
| Reinheit | >99,9% |
| Sauerstoffgehalt | <1000 ppm |
Kundenspezifische Größenverteilungen und kontrollierte Feuchtigkeitsgrade sind möglich.
Lieferanten von CoCrMo-Pulver
Zu den namhaften Lieferanten von CoCrMo-Pulver gehören:
| Anbieter | Standort |
|---|---|
| Zimmerer-Zusatzstoff | USA |
| Sandvik Fischadler | UK |
| Erasteel | Schweden |
| AP&C | Kanada |
| LPW-Technologie | UK |
| Arcam AB | Schweden |
Die Preise reichen von $50/kg bis $120/kg, je nach Qualität und Auftragsvolumen.
Handhabung und Lagerung von CoCrMo-Pulver
Da es sich um einen reaktiven Werkstoff handelt, ist eine sorgfältige Handhabung des CoCrMo-Pulvers unerlässlich:
- Versiegelte Behälter fern von Feuchtigkeit, Säuren und Zündquellen lagern
- Vermeiden Sie die Exposition gegenüber Luft und verwenden Sie Inertgaspolster
- Erdung von Geräten zur Ableitung statischer Ladungen
- Vermeiden Sie Staubansammlungen und verwenden Sie eine Staubabsaugung
- Lokale Entlüftung empfohlen
- Hinweise im Sicherheitsdatenblatt beachten
Die richtige Technik gewährleistet einen optimalen Zustand des Pulvers.
Inspektion und Prüfung von CoCrMo-Pulver
Zu den Qualitätsprüfungsmethoden gehören:
| Methode | Geprüfte Parameter |
|---|---|
| Siebanalyse | Partikelgrößenverteilung |
| SEM-Bildgebung | Morphologie der Partikel |
| EDX | Chemie und Zusammensetzung |
| XRD | Vorhandene Phasen |
| Pyknometrie | Dichte |
| Hall-Durchflussmenge | Fließfähigkeit des Pulvers |
Tests nach ASTM-Normen überprüfen die Pulverqualität und die Konsistenz der Chargen.
Vergleich von CoCrMo mit alternativen Legierungspulvern
CoCrMo ist im Vergleich zu anderen Legierungen wie folgt:
| Legierung | Biokompatibilität | Stärke | Kosten | Druckbarkeit |
|---|---|---|---|---|
| CoCrMo | Ausgezeichnet | Mittel | Mittel | Gut |
| Titan Ti64 | Gut | Niedrig | Hoch | Messe |
| Rostfreier Stahl 316L | Gut | Mittel | Mittel | Ausgezeichnet |
| Inconel 718 | Schlecht | Hoch | Hoch | Gut |
CoCrMo bietet für viele Anwendungen die beste Kombination aus Biokompatibilität, Festigkeit und Druckbarkeit.
Vor- und Nachteile von CoCrMo-Pulver für AM
| Profis | Nachteile |
|---|---|
| Ausgezeichnete Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit | Begrenzte Hochtemperaturfähigkeit |
| Sehr gute Verschleiß- und Abriebfestigkeit | Anfällig für Porosität beim Druck |
| Leicht 3D-druckbar und schweißbar | Erfordert die Handhabung in kontrollierter Atmosphäre |
| Kostenvorteil gegenüber Titanlegierungen | Nachbearbeitung oft erforderlich |
| Kann mit den Eigenschaften von Knetwerkstoffen übereinstimmen | Geringere Bruchzähigkeit als bei nichtrostenden Stählen |
CoCrMo ermöglicht funktionelle Metallimplantate und -komponenten, allerdings mit kontrollierten Verarbeitungsanforderungen.
Häufig gestellte Fragen zu CoCrMo-Pulver
F: Welcher Partikelgrößenbereich eignet sich am besten für den 3D-Druck von CoCrMo-Legierungen?
A: Ein typischer Bereich ist 15-45 Mikrometer. Es bietet eine gute Fließfähigkeit des Pulvers in Kombination mit hoher Auflösung und Dichte.
F: Welche Nachbearbeitungsmethoden werden bei CoCrMo-AM-Teilen eingesetzt?
A: Heißisostatisches Pressen, Wärmebehandlung, Oberflächenbearbeitung und Polieren sind übliche Nachbearbeitungsverfahren, um die volle Dichte und Oberflächengüte zu erreichen.
F: Welche 3D-Druckverfahren für Metall sind mit der Legierung CoCrMo kompatibel?
A: Selektives Laserschmelzen (SLM), Direktes Metall-Laser-Sintern (DMLS) und Elektronenstrahlschmelzen (EBM) können alle CoCrMo-Pulver verarbeiten.
F: In welchen Branchen werden additiv gefertigte CoCrMo-Bauteile verwendet?
A: Medizinische, zahnmedizinische, Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Öl- und Gas- sowie industrielle Bereiche profitieren von 3D-gedruckten CoCrMo-Teilen.
F: Benötigt CoCrMo beim 3D-Druck Stützstrukturen?
A: Ja, an Überhängen und inneren Kanälen werden Stützen benötigt, um Verformungen zu verhindern und ein einfaches Entfernen nach dem Druck zu ermöglichen.
F: Welche Fehler können beim Drucken von CoCrMo-Pulver auftreten?
A: Mögliche Defekte sind Porosität, Rissbildung, Verformung, unvollständige Verschmelzung und Oberflächenrauhigkeit. Die meisten können mit optimierten Parametern vermieden werden.
F: Welche Art von Biokompatibilitätstests werden an CoCrMo-Legierungen durchgeführt?
A: Es werden Zytotoxizität, Sensibilisierung, Reizung, systemische Toxizität, Genotoxizität und Implantationstests nach Normen wie ISO 10993 durchgeführt.
F: Wie sind die Eigenschaften von gedrucktem CoCrMo im Vergleich zu gegossener Legierung?
A: AM CoCrMo-Bauteile können gleichwertige oder bessere mechanische Eigenschaften als gegossene und geglühte Gegenstücke erreichen, wenn sie optimiert werden.
F: Was sind die Hauptunterschiede zwischen CoCr F75- und SP2-Legierungen?
A: F75 hat einen höheren Kohlenstoffgehalt für eine bessere Bearbeitbarkeit, während SP2 einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt plus Niob für ein besseres Schmelzverhalten der Partikel während des Drucks aufweist.
F: Welche Dichte kann man bei 3D-gedruckten CoCrMo-Bauteilen erwarten?
A: Eine Dichte über 99% ist für CoCrMo mit idealen, auf die Legierung zugeschnittenen Parametern, die den Eigenschaften des Knetmaterials entsprechen, erreichbar.
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