钴铬镍铁粉
钴铬铁镍粉末，又称钴铬铁镍锰粉末或高熵合金（HEA）粉末，是指一种由钴元素、铬元素、铁元素和镍元素以接近等原子比组成的材料。与传统合金相比，这种新型合金粉末具有优异的性能，在各种应用领域引起了极大的兴趣。
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钴铬镍铁粉概述
钴铬铁镍粉末，又称钴铬铁镍锰粉末或高熵合金（HEA）粉末，是指一种由钴元素、铬元素、铁元素和镍元素以接近等原子比组成的材料。与传统合金相比，这种新型合金粉末具有优异的性能，在各种应用领域引起了极大的兴趣。
钴铬镍铁粉的一些主要特点包括
- 高构型熵使其具有出色的强度、硬度、热稳定性和耐腐蚀性
- 单固溶催化裂化相微观结构
- 出色的强度和柔韧性组合
- 高断裂韧性
- 良好的机加工性能和成型性能
- 在高温下不易软化
- 可定制添加少量元素，如锰
钴铬镍铁原子排列的独特无序性赋予了其卓越的机械性能。主要元素的浓度接近相等，阻碍了位错运动，从而提高了硬度。多相结构通过晶格应变效应提供固溶强化。
钴铬镍铁粉的成分
CoCrFeNi HEA 粉末的成分可以定制，但一般由以下成分组成：
| 要素 | 典型成分范围 |
|---|---|
| 钴（Co） | 20-35 at.% |
| 铬 (Cr) | 20-35 at.% |
| 铁（Fe） | 20-35 at.% |
| 镍 (Ni) | 20-35 at.% |
等原子比提供了最大的构型熵，但微小的偏差不会对性能产生显著影响。通常添加 1-2 at.% 的锰可通过晶粒细化和沉淀强化进一步改善特性。
钴铬铁镍粉的特性
CoCrFeNi 合金粉末具有独特的综合优异性能：
| 物业 | 价值观 |
|---|---|
| 密度 | 7.5-8.3 克/立方厘米 |
| 熔点 | >1200°C |
| 显微硬度 | 2.5-4 GPa |
| 极限拉伸强度 | 500-1300 兆帕 |
| 屈服强度 | 200-1100 兆帕 |
| 伸长率 | 10-60% |
| 杨氏模量 | 150-250 GPa |
| 剪切模量 | 65-85 GPa |
| 泊松比 | 0.21-0.33 |
| 断裂韧性 | >100 MPa√m |
| 导热性 | 10-30 W/mK |
| 电阻率 | 70-100 nΩm |
| 耐腐蚀性 | 在各种环境中表现出色 |
高硬度源于固溶强化，而 FCC 结构则赋予其良好的延展性。这些特性可通过成分调整和加工进行定制。
钴铬镍铁粉的特性
钴铬镍铁合金粉末的一些突出特点包括
- 缺乏金属间相的单相催化裂化结构
- 存在退火孪晶和堆叠断层
- 具有良好流动性的等轴粉末形态
- 粉末粒度分布范围为 15-150 μm
- 纯度高，含氧量低
- 球形粉末，表面光滑
- 可定制粉末大小、形状和成分
这种粉末具有很高的化学均匀性，合金元素分布均匀。球形形态具有良好的堆积和流动特性。
钴铬镍铁粉的应用
钴铬镍铁合金粉末具有优异的强度、韧性和可加工性，因此适用于以下领域
快速成型制造： 由于具有良好的流动性和熔化特性，因此打印性能极佳。用于航空航天、模具和生物医学植入物。
热喷涂涂层： 耐磨损、耐腐蚀、耐热软化。用于机械、海洋和化学应用的涂料。
合金开发： 添加 Al、Ti 等元素的新型高熵合金的基础材料。
金属注射成型： 用于航空和汽车的高刚度零件，具有良好的尺寸稳定性。
粉末冶金： 高性能 P/M 零件，具有均衡的强度和延展性。
低温应用： 在零下温度下保持延展性和韧性。
钴铬镍铁粉的规格
钴铬镍铁合金粉末有不同的尺寸范围、成分和形态：
| 参数 | 变体 |
|---|---|
| 尺寸范围 | 15-25 μm、25-45 μm、45-75 μm、75-105 μm、105-150 μm |
| 组成 | 等效原子，自定义元素比率 |
| 粉末形状 | 球形、不规则 |
| 生产方法 | 气/水雾化，机械合金化 |
| 供应表格 | 松散粉末、烧结预型件 |
较大的 45-150 μm 粉末用于热喷涂和金属注射成型。15-45 μm 的较细粉末则用于增材制造。粉末的形状、大小、含氧量和流动性均可定制。
钴铬镍铁粉供应商
全球领先的钴铬镍高熵合金粉供应商包括
| 公司名称 | 生产能力 | 地点 |
|---|---|---|
| 山特维克 | 每年 200 吨 | 瑞典 |
| 普莱克斯 | 每年 150 吨 | 美国 |
| 霍加纳斯 | 每年 100 吨 | 瑞典 |
| 中石油粉末 | 每年 50 吨 | 中国 |
| 卡彭特技术公司 | 每年 40 吨 | 美国 |
粉末一般通过气体或水雾化方法生产。可向这些供应商采购定制的粉末成分和尺寸。
定价
| 粉末大小 | 价格范围 |
|---|---|
| 15-45 微米 | 每公斤 $150-200 |
| 45-105 微米 | 每公斤 $100-150 |
| 105-150+ 微米 | 每公斤 $80-120 |
由于雾化生产率较高，较大尺寸的粉末价格较低。定制合金和成分的价格较高。由于市场竞争和产能的增加，粉末价格一直在下降。
钴铬镍铁粉的优缺点
| 优势 | 局限性 |
|---|---|
| 出色的强度和硬度 | 钴和镍导致材料成本高 |
| 出色的延展性和韧性 | 长期绩效数据有限 |
| 通过 AM、MIM、PM 实现良好的可制造性 | 微结构控制带来的加工挑战 |
| 热稳定性和微观结构稳定性 | 成分必须精确控制 |
| 高耐腐蚀性和耐磨性 | 加工性能低于传统合金 |
| 在高温下仍能保持强度 | 通常需要进行 HIP 后期处理 |
CoCrFeNi HEA 粉末可使部件具有无与伦比的性能组合。然而，材料和加工成本较高。微观结构和性能在很大程度上取决于精确的成分控制。
与替代品的比较
与不锈钢粉
- 更高的强度和硬度
- 卓越的耐磨性和耐腐蚀性
- 更昂贵的基础材料成本
- 较低的加工性和焊接性
工具钢粉末工具钢粉末
- 更好的延展性和断裂韧性
- 高温强度较低
- 不那么成熟的加工方法
- 尺寸和合金款式有限
与铬镍铁合金粉末
- 类似的高温强度
- 材料成本更低
- 业绩记录较短
- 超高温下微结构稳定性受限
常见问题
问：什么是高熵合金（HEA）粉末？
答：HEA 粉末含有多种主要元素，其比例接近等原子，具有优异的强度、延展性和稳定性。钴铬镍铁合金粉末是一种主要的 HEA。
问：钴铬镍铁粉末的典型尺寸是多少？
答：常见的尺寸范围是：15-45 μm 用于 AM，45-105 μm 用于热喷涂，105-150 μm 用于 MIM 和其他应用。更细和更粗的尺寸也可定制。
问：是什么影响了钴铬镍铁合金粉末的价格？
答：粉末大小、成分、纯度、生产方法和订购数量决定定价。100 μm 以上的较大尺寸成本较低。微量添加或更严格的成分范围会增加成本。
问：如何生产钴铬镍铁合金 HEA 粉末？
答：气体雾化和水雾化是主要的生产方法。粉末也可通过机械合金化或预合金铸锭的冷冻研磨制成。
问：钴铬镍铁粉有哪些应用实例？
答：主要用途包括模具和航空航天部件的增材制造、耐磨/耐腐蚀热喷涂涂层、合金开发、汽车部件的金属注射成型以及高性能部件的粉末冶金。
问：钴铬镍铁合金 HEA 粉末的主要特性是什么？
答：与传统合金相比，它兼具高强度、硬度、延展性、断裂韧性、热稳定性和耐腐蚀性。
问：钴铬镍铁粉有哪些局限性？
答：与钢材相比，其缺点包括基础材料成本高、控制微观结构的加工难度大、长期性能数据有限、可焊性差。
问：与工具钢和不锈钢相比，钴铬镍铁粉的性能如何？
答：它的强度和硬度比不锈钢高得多，但加工性较低。与工具钢相比，它具有更高的断裂韧性和延展性。
问：钴铬镍铁是否适合低温应用？
答：是的，它在零度以下的温度下仍能保持良好的延展性和韧性，而传统合金则会变脆。因此，它适用于低温设备。
问：钴铬镍铁粉的成分是否可以定制？
答：是的，供应商可以提供超出等原子成分的定制元素比例。常见的调整是添加 1-2 at.% 的锰或钴，以调整特性。
增材制造解决方案的领先供应商，总部位于中国青岛。