Kupferlegierungspulver bezieht sich auf Pulver, das aus einer Kombination von Kupfer und anderen Legierungselementen hergestellt wird, um Werkstoffe mit besonderen Eigenschaften zu erzeugen. Dieses Pulver kann zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen durch pulvermetallurgische Verfahren wie Pressen und Sintern oder additive Fertigung verwendet werden.
Überblick über Kupferlegierungspulver
Kupferlegierungen gehören aufgrund ihrer außergewöhnlichen Kombination aus Festigkeit, Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Bearbeitbarkeit und anderen Eigenschaften zu den am häufigsten verwendeten technischen Werkstoffen. Durch die Mischung von Kupfer mit Legierungselementen wie Zink, Zinn, Nickel, Silizium, Aluminium und anderen kann eine breite Palette von Mischungen hergestellt werden, deren Eigenschaften genau auf bestimmte Anwendungen abgestimmt sind.
In der Pulvermetallurgie werden feine Kupferlegierungspulver verwendet, die zu komplexen Teilen verdichtet und gesintert werden können, um in Branchen wie der Automobil-, Elektro- und Elektronikindustrie, dem Maschinenbau usw. eingesetzt zu werden. Die schnellen Erstarrungsgeschwindigkeiten bei der Pulverzerstäubung ermöglichen die Vermischung nicht mischbarer Elemente und die Bildung einzigartiger Mikrostrukturen, die bei der Masselmetallurgie nicht möglich sind.
Einige der Gründe für die Bevorzugung von Kupferlegierungspulver sind:
- Hervorragende Kontrolle der chemischen Zusammensetzung von Mischpulvern
- Verfeinerung des Mikrogefüges durch schnelle Erstarrung
- Fähigkeit zur Herstellung poröser Teile mit kontrollierter Dichte
- Einfachere Verarbeitung zur Herstellung komplizierter Formen
- Verhinderung von Entmischung, die beim Gießen von Barren üblich ist
- Erhebliche Kosteneinsparungen durch die Reduzierung von Material, Energie und Arbeit
Bei der fortschrittlichen additiven Fertigung werden die neuesten Metallpulver für den 3D-Druck von anspruchsvollen Komponenten mit feineren Körnern und mechanischen Eigenschaften verwendet, die die herkömmlicher Verfahren übertreffen.
Arten von Kupferlegierungspulvern
Kupfer kann mit einer Reihe von Elementen legiert werden, um Materialien zu schaffen, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind. Zu den gängigen Pulvern gehören:
| Typ | Zusammensetzung |
|---|---|
| Messing | Kupfer-Zink (Cu-Zn) |
| Bronze | Copper-Tin (Cu-Sn) |
| Kupfernickel | Copper-Nickel (Cu-Ni) |
| Kupfer-Eisen | Kupfer-Eisen (Cu-Fe) |
| Kupfer-Beryllium | Copper-Beryllium (Cu-Be) |
Diese Grundpulver können durch Zugabe geringer Mengen anderer Elemente wie Chrom, Silizium, Kobalt usw. weiter modifiziert werden, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Die Zusammensetzung beeinflusst direkt Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, thermische Eigenschaften, Reibung und Schmierfähigkeit usw. Pulverlieferanten entwickeln auf Anfrage oft maßgeschneiderte Legierungen mit anwendungsspezifischen Formulierungen.
Merkmale von Kupferlegierungspulver
Kupferlegierungen weisen eine attraktive Kombination physikalischer und chemischer Eigenschaften auf, die sie für industrielle Teile und Komponenten geeignet machen. Einige bemerkenswerte Eigenschaften sind:
| Eigentum | Merkmale |
|---|---|
| Stärke | Kupferlegierungen wie Messing und Bronze können Zugfestigkeiten von mehr als 1200 MPa erreichen, viel mehr als reines Kupfer. |
| Leitfähigkeit | Elektrische und thermische Leitfähigkeit niedriger als bei reinem Kupfer, aber deutlich höher als bei eisenhaltigen Alternativen |
| Korrosionsbeständigkeit | Hervorragende Korrosionsbeständigkeit in einer Reihe von Umgebungen wie Feuchtigkeit, Säuren usw. durch Passivierung |
| Bearbeitbarkeit | Frei zerspanbare Kupferlegierungen wie Bleibronze lassen sich leichter bearbeiten als Stahl; die Spanbrechbarkeit ist verbessert |
| Verschleißfestigkeit | Spezielle Zusammensetzungen wie Kupfer-Kobalt und Kupfer-Chrom wurden für Verschleißteile mit einer Härte von ca. 150 BHN entwickelt. |
| Reibungskoeffizient | Der Reibungskoeffizient reicht von 0,2 für geschmierte Legierungen bis zu 1,0 für Materialien mit hoher Reibung, die für bestimmte Anwendungen maßgeschneidert sind. |
| Durchlässigkeit | Relative magnetische Permeabilitäten, die je nach Legierung das 10- bis 10000-fache derjenigen von austenitischem rostfreiem Stahl betragen |
Aufgrund der Vielfalt der erreichbaren Materialeigenschaften eignen sich Kupferlegierungen nicht nur für Konstruktionsteile, sondern auch für Kontakte, Lead Frames, Buchsen, Schweißspitzen, Vakuum- und Hochtemperaturanwendungen usw.
Anwendungen von Kupferlegierungspulver
Die einzigartige Kombination von Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Reibungseigenschaften, Bearbeitbarkeit usw., die die verschiedenen Kupferlegierungen aufweisen, ermöglicht ihre Verwendung in einem breiten Spektrum von Industriebereichen:
| Industrie | Anwendungen |
|---|---|
| Automobilindustrie | Buchsen, Unterlegscheiben, Schweißspitzen, Steckverbinder, Befestigungselemente, Schalter, Relais |
| Elektrisch | Kontaktleisten, Klemmen, Steckverbinder, Leiterrahmen, Sicherungen, Widerstandselemente |
| Elektronik | Leadframes, Steckverbinder, Wärmemanagementteile wie Kühlkörper und Wärmespreizer |
| Technik | Lager, Buchsen, Zahnräder, Verschleißteile |
| Industrielle Maschinen | Buchsen, Kolbenspitzen, Ventilteile, Komponenten für Pulver- und Toneranwendungen |
| Medizinische und zahnmedizinische Versorgung | Implantate für Stifte, Schrauben und Platten aufgrund ihrer Biokompatibilität |
| Militär und Verteidigung | Schlagbolzen, Munitionshülsen, Geschossmäntel |
| Öl und Gas | Ventile, Pumpen, U-Boot- und Bohrlochkomponenten |
Durch die Kombination von Festigkeit, Duktilität, Verschleißverhalten und komplizierten Geometrien eignen sich Kupferlegierungen für kleine, mittlere und große Strukturteile in verschiedenen Branchen.
Spezifikationen von Kupferlegierungspulver
Kupferlegierungspulver werden nach einer Reihe von internationalen und regionalen Spezifikationen hergestellt, die Merkmale wie Zusammensetzungsgrenzen, Pulvergrößen und Partikelverteilungen, Schüttdichtewerte, Klopfdichtewerte usw. festlegen. Zu den wichtigsten Normen gehören:
| Standard | Klassen | Elemente begrenzt |
|---|---|---|
| EN ISO 3522 | CuP2, CuP3, CuP4 usw. | Pb, As, Cd, Ni usw. |
| ASTM B177 | CDA Vergoldungsmetall, Bronze CDA 854, C97300 usw. | S, Se, Te, Sb usw. |
| DIN 8513 | MF-CuSn8, MF-CuSn12, MFCuCr1 usw. | S, P usw. |
| GB/T 4337 | HB61, HB62, HB63 usw. | Zn, Ni, Al usw. |
| AWS A5.7 | ERCuNi, ERCuZn-C usw. | S, P, O usw. |
Diese definieren die Standards für Qualität, Konsistenz und Zuverlässigkeit bei der Beschaffung von Pulvern. Die zulässigen Grenzwerte helfen, potenziell schädliche Verunreinigungen zu kontrollieren.
Kupferlegierungspulver Größen
Feinere Kupferlegierungspulver unter 100 Mikron ermöglichen eine höhere Verdichtung während des Sinterns, um die mechanischen Eigenschaften der fertigen Teile zu maximieren. Außerdem ermöglichen sie eine bessere Oberflächengüte und Detailtreue. Die Handhabung wird jedoch schwierig. Gröbere Partikel über 150 Mikrometer verringern die Staubbelastung, haben aber eine geringere Sinterdichte. Daher ist ein praktischer Bereich:
| Parameter | Typischer Größenbereich |
|---|---|
| Maximale Partikelgröße | 150 μm |
| Minimale Partikelgröße | 15-20 μm |
| Durchschnittliche Partikelgröße | 45-75 μm |
Kupferlegierungspulver-Sorten
Auf der Grundlage der Zusammensetzung und der Pulvereigenschaften werden Kupferlegierungspulver in Sortengruppen eingeteilt, z. B:
| Klassen | Kompositionen | Gemeinsame Anwendungen |
|---|---|---|
| Freie Bearbeitung | Bleihaltige Messinge und Bronzen wie Cu-Zn-Pb, Cu-Sn-Pb | Gedrehte Teile, die eine Spankontrolle benötigen |
| Hohe Leitfähigkeit | Cu-Ni, Cu-Fe | Elektronik – Leadframes, Steckverbinder usw. |
| Verschleißfestigkeit | Cu-Cr, Cu-Co | Lager, Buchsen, Stößel |
| Stärke | Komplexe Cu-Legierungen wie Cu-Ni-Si-Cr | Hochfeste Strukturteile |
Produktionsprozess von Kupferlegierungspulver
Zu den gängigen Verfahren zur Herstellung von Kupferlegierungspulvern für industrielle Zwecke gehören:
- Zerstäubung: Geschmolzener Metallstrom, der in feine Tröpfchen zerfällt, die schnell zu Pulver erstarren
- Elektrolyse: Elektrochemische Herstellung, bei der die Legierungsbestandteile Schicht für Schicht gemeinsam abgeschieden werden
- Carbonyl-Verfahren: Thermische Zersetzung von Metallcarbonyl-Dämpfen zur Erzeugung feiner Partikel
Die Vorteile dieser Verfahren sind ultrafeine Pulver mit sphärischer/unregelmäßiger Morphologie und präziser Chemie. Pressfertige Mischungen mit Schmiermitteln können auch als Ausgangsmaterial für Formgebungsverfahren geliefert werden. Die hohe Reinheit, Dichte und Fließfähigkeit dieser Pulver führen zu hochwertigen Sinterteilen.
Lieferanten von Kupferlegierungspulver
Einige der weltweit führenden Hersteller von Kupfer- und Legierungspulvern sind:
| Unternehmen | Marken | Produktionskapazität |
|---|---|---|
| Hoganas | Hoganas | 200.000 Tonnen |
| GKN Hoeganaes | Höganaes, nordamerikanisches Höganäs | 180.000 Tonnen |
| Herstellung von Metallpulvern | Makin | 20.000 Tonnen |
| CNPC-Pulver-Gruppe | CNPC | 100.000 Tonnen |
Diese Unternehmen verfügen über Legierungsdesignkapazitäten, um Werkstoffe nach Bedarf maßzuschneidern, und über Produktionskapazitäten, um kleine F&E-Mengen bis hin zu großen kommerziellen Mengen zu liefern.
Preisgestaltung von Kupferlegierungspulvern
Die Preise variieren je nach:
| Parameter | Auswirkungen auf die Preisgestaltung |
|---|---|
| Kompositionen | Teurer, da Legierungselemente wie Cr, Be, Co zunehmen |
| Reinheit/Qualität des Pulvers | Hochreine medizinische/dentale Qualitäten am teuersten |
| Order Quantity | Größere Mengenrabatte verfügbar |
| Regionale Nachfrage | Die Preise in Asien können 30 % niedriger sein als in Europa/USA. |
Typische Preisspannen sind:
| Legierung Typ | Preisspanne |
|---|---|
| Messing-Pulver | 15-25 $ pro kg |
| Bronze-Pulver | 25-45 $ pro kg |
| Kupfer-Nickel-Chrom | $50+ pro kg |
Die Preisgestaltung hängt auch von den zusätzlichen Dienstleistungen ab, die die Anbieter anbieten können, wie z. B. Partikelgrößenklassifizierung, druckfertiges Mischen und Spezialverpackungen.
Vergleich von Kupferlegierungspulvern
Eine vergleichende Analyse verschiedener Kupferlegierungen zeigt:
| Messing | Bronze | Kupfer-Eisen | Kupfer-Nickel | |
|---|---|---|---|---|
| Stärke | Mäßig | Hoch | Hoch | Mäßig |
| Leitfähigkeit | Hoch | Mäßig | Sehr hoch | Hoch |
| Korrosionsbeständigkeit | Mäßig | Mäßig | Niedrig | Sehr hoch |
| Verschleißfestigkeit | Mäßig | Niedrig | Niedrig | Mäßig |
| Kosten | Niedrig | Mäßig | Mäßig | Hoch |
So kann die geeignete Kupferlegierung anhand der kritischen Leistungsanforderungen ausgewählt werden.
Vorteile von Kupferlegierungspulvern
Einige nützliche Vorteile gegenüber Bulk-Legierungen sind:
- Einheitlichkeit: Keine Mikrosegregation und homogenes Gefüge
- Isotrope Eigenschaften: Im Gegensatz zu Gussprodukten mit Anisotropie
- Feine Körner: Schnelle Abkühlung führt zu sehr feinen Körnern, die die Festigkeit erhöhen
- Verarbeitbarkeit: Leichte Formbarkeit zu komplizierten, dichten Formen
- Personalisierung: Individuell anpassbare Chemie, Partikelgrößenverteilung nach Bedarf
- Produktivität: Automatisierte, hochvolumige Produktion mit minimalen Ausschussverlusten
- Qualität: Die Konsistenz von Charge zu Charge übersteigt die Variabilität der Gussstücke
Beschränkungen der Kupferlegierungspulver
Einige Nachteile sind:
- Höhere Kosten als Bulk-Legierungen
- Begrenzte Größen und Formen im Vergleich zu anderen Formen
- Geringere thermische und elektrische Leitfähigkeiten nach der Verdichtung
- Kann während des Sinterns eine Schutzatmosphäre erfordern
- Möglichkeit von Kornwachstum bei unsachgemäßer Sinterung
- Spezielle Handhabung und Behälter erforderlich, um Oxidation zu verhindern