Réponse rapide
Poudre de cuivre-chrome-zirconium C18150 Il s'agit d'une matière première sous forme sphérique constituée d'un alliage Cu-Cr-Zr durcissant par précipitation (UNS C18150, teneur nominale en Cr de 0,5 à 1,5%, 0,05 à 0,25% de Zr, le reste étant du Cu) utilisé dans la fusion laser sur lit de poudre, le dépôt par énergie dirigée et la métallurgie des poudres pour produire des composants devant allier une conductivité électrique et thermique élevée à une résistance utile à haute température. Après traitement de mise en solution et vieillissement, l’alliage présente une conductivité électrique de 75 à 85 % IACS, une conductivité thermique de 320 à 330 W/m*K, une résistance à la traction de 450 à 540 MPa et une résistance au ramollissement jusqu’à environ 500 °C, une combinaison qu’aucun cuivre pur ni aucun laiton ne peut égaler. Les acheteurs à la recherche de matériaux pour la FA industrielle doivent privilégier quatre facteurs de qualité : une composition chimique respectant les fourchettes étroites de Cr et de Zr (ces deux éléments contrôlant directement la résistance après vieillissement et la conductivité), une faible teneur en oxygène inférieure à 0,05 % en poids (critique car les films d’oxyde dégradent à la fois la conductivité et la fusion par LPBF), une sphéricité élevée supérieure à 92% avec un contrôle rigoureux de la distribution granulométrique (la forte réflectivité et la conductivité thermique élevées du cuivre rendent déjà les bains de fusion instables ; la homogénéité de la poudre est donc plus importante que pour l’acier), et des certificats de lot indiquant tous les éléments d’alliage ainsi que la teneur en oxygène. Les tailles standard sont comprises entre 15 et 53 microns pour le LPBF et entre 45 et 106 microns pour le DED, l’atomisation par gaz sous atmosphère inerte étant la norme de production. Il faut s’attendre à ce que les pièces imprimées nécessitent un recuit de mise en solution à 950-1 000 °C, suivi d’un vieillissement à 450-500 °C pour développer leurs propriétés finales.
Qu'est-ce que la poudre de cuivre-chrome-zirconium C18150 destinée à l'industrie ?
Poudre de cuivre-chrome-zirconium C18150 Il s'agit de la version issue de la fabrication additive et de la métallurgie des poudres de l'un des alliages de cuivre à haute conductivité les plus performants jamais développés. Normalisé sous la référence UNS C18150 et largement connu sous les noms de CuCrZr ou CuCr1Zr, cet alliage appartient à la famille des cuivres à durcissement par précipitation : une matrice de cuivre quasi pur contenant un ajout minime et soigneusement contrôlé de chrome et de zirconium qui forme de fins précipités lors du vieillissement, augmentant ainsi la résistance mécanique et la résistance à la chaleur tout en ne sacrifiant qu'une fraction modeste de la conductivité du cuivre. Sous forme forgée, il est utilisé depuis des décennies dans les électrodes de soudage par résistance, les bobines de chauffage par induction, les moules de coulée continue et, dans son application la plus exigeante, les revêtements de chambres de combustion des moteurs-fusées à propergol liquide.
Au sein de la famille des poudres d'alliages de cuivre Disponible pour la fabrication additive, le C18150 occupe une place de choix parmi les matériaux structurels à haute conductivité. Les poudres de cuivre pur offrent une conductivité maximale, mais pratiquement aucune résistance mécanique ni résistance au ramollissement ; les laits de cuivre et les bronzes offrent une résistance mécanique à un coût bien inférieur à celui du cuivre ; les alliages GRCop permettent d’atteindre des températures plus élevées, mais à un coût significatif. Le C18150 se situe à mi-chemin : il offre le meilleur équilibre disponible entre conductivité, résistance mécanique, résistance à la fatigue thermique et aptitude au traitement, ce qui explique pourquoi il est devenu l'alliage de cuivre de référence pour la fabrication additive industrielle de métaux.
Parmi les avantages matériels qui stimulent la demande industrielle en poudre C18150, on peut citer :
- Une conductivité élevée alliée à une résistance réelle: Conductivité électrique de l'IACS 75-85% à une résistance à la traction comprise entre 450 et 540 MPa, contre seulement 220 à 250 MPa pour l'IACS 100% et le cuivre pur.
- Excellente résistance au ramollissement: ses propriétés sont maintenues jusqu'à environ 500 °C, bien au-delà de la limite d'utilisation du cuivre pur, ce qui permet de réaliser des opérations de brasage, de revêtement et d'utilisation à haute température sans altération des propriétés.
- Excellentes performances en matière de fatigue thermique: la combinaison d'une conductivité élevée et d'une résistance aux températures élevées permet de résister aux flux thermiques cycliques des chambres de combustion des fusées, des électrodes de soudage et des bobines à induction.
- Bonne aptitude au traitement par LPBF: contrairement au cuivre pur, dont la réflectivité et la conductivité rendent la fusion au laser peu efficace aux puissances laser classiques, la composition de l’alliage C18150 améliore légèrement l’absorption laser, et les lasers commerciaux de 400 à 500 W fusion sélective par laser (SLM) Les plateformes le traitent désormais systématiquement.
- Un patrimoine de qualifications bien établi: les données d'expérience acquises au fil des décennies dans les domaines de l'aérospatiale et du soudage permettent d'accélérer les démarches de certification des pièces imprimées.
Sous forme de poudre, ces avantages permettent de tirer pleinement parti des géométries qui font de la fabrication additive en cuivre une technologie si intéressante : des canaux de refroidissement conformes, des passages d’échangeurs thermiques intégrés et des circuits de refroidissement régénératif de la chambre de combustion que l’usinage ne permet pas de réaliser.
Analyse de la composition chimique et présentation du rôle des principaux éléments
La composition chimique du C18150 est volontairement minimaliste : l’ensemble des performances repose sur un apport total d’éléments d’alliage inférieur à 2%, maintenu dans des plages étroites, car la concentration en précipités – et donc l’équilibre entre résistance mécanique et conductivité – dépend exactement de la quantité de chrome et de zirconium contenue dans la matrice.
Composition chimique du C18150
| Élément | Min (%) | Max (%) | Rôle |
|---|---|---|---|
| Chrome (Cr) | 0.5 | 1.5 | Agent de précipitation primaire ; forme de fins précipités de Cr pendant le vieillissement |
| Zirconium (Zr) | 0.05 | 0.25 | Agent de renforcement secondaire ; affine les précipités, augmente la température de ramollissement |
| Cuivre (Cu) | Balance | Balance | Matrice à haute conductivité |
| Fer (Fe) | – | 0.08 | Impureté ; réduit la conductivité lorsqu'elle est en solution |
| Plomb (Pb) | – | 0.05 | Impureté ; en quantité limitée, nuit à l'usinabilité à chaud |
| Oxygène (O, en poudre) | – | 0.05 | Poudre interstitielle ; altère la conductivité, la ductilité et la fusion par LPBF |
| Autres (total) | – | 0.20 | Éléments résiduels contrôlés |
Chrome : 0,5-1,51 TP3T est l'élément clé. À l'état traité par solution, il se dissout dans la matrice de cuivre ; lors du vieillissement à 450-500 °C, il précipite sous forme de particules nanométriques riches en chrome qui entravent le mouvement des dislocations, doublant ainsi approximativement la limite d'élasticité par rapport au cuivre pur. La perte de conductivité est modeste car la précipitation élimine le chrome de la solution solide ; ce sont les atomes de soluté, et non les précipités, qui diffusent le plus fortement les électrons. Ainsi, un C18150 correctement vieilli retrouve la majeure partie de la conductivité du cuivre pur tout en conservant sa résistance. Ce mécanisme de précipitation-récupération est le principe clé de l’alliage, et il rend la mise en œuvre du traitement thermique aussi importante que la composition chimique.
Zirconium : 0,05-0,251 TP3T est présent en faible quantité mais joue un rôle déterminant. Le zirconium forme des précipités de type Cu₃Zr et modifie la distribution des précipités de chrome, en affinant la taille des particules, en ralentissant le grossissement des précipités à haute température et, par conséquent, en augmentant la température de ramollissement de l’alliage d’environ 400 °C (alliage binaire Cu-Cr) à environ 500 °C. C'est cette marge de 100 degrés qui rend le CuCrZr apte, et le CuCr plus simple inapte, à être utilisé pour les chemises de moteurs-fusées, les électrodes de soudage par résistance et toute application impliquant une exposition prolongée à la chaleur. Les acheteurs doivent considérer la teneur en Zr indiquée sur le certificat comme un paramètre de qualité de premier ordre, et non comme une simple note de bas de page.
Pureté du cuivre de la balance détermine la conductivité maximale. Chaque atome d'impureté présent dans la solution solide réduit la conductivité ; c'est pourquoi, dans la pratique de la fusion, on utilise du cuivre cathodique de haute pureté comme matière première, et les limites fixées pour le fer et les impuretés résiduelles visent précisément à le protéger.
Oxygène mérite une attention particulière sous forme de poudre, et ce pour deux raisons. Premièrement, le cuivre contenant de l’oxygène (comportement de « tough pitch ») subit une fragilisation par l’hydrogène lors du recuit de mise en solution dans des atmosphères contenant de l’hydrogène ; la poudre à faible teneur en oxygène permet d’éviter ce phénomène. Deuxièmement, les films d'oxyde en surface des particules de poudre nuisent à l'uniformité de l'absorption laser et à la fusion intercouche dans le procédé LPBF, ce qui se traduit par une porosité due à un manque de fusion qui réduit directement la conductivité et la durée de vie en fatigue. La poudre haut de gamme C18150 contient moins de 0,05 % en poids d’oxygène, la meilleure pratique se situant entre 0,02 et 0,031 % en poids.
Données de référence sur les propriétés physiques et mécaniques pour la conception
La valeur technique du C18150 réside dans la combinaison de ses propriétés ; il convient donc de lire la fiche technique par paires : conductivité et résistance, résistance et comportement thermique. Sauf indication contraire, les valeurs ci-dessous correspondent à l'état après traitement en solution et vieillissement (valeurs maximales) à température ambiante, conditions pouvant être obtenues avec un matériau LPBF correctement traité après un traitement thermique complet.
Propriétés principales
| Propriété | Valeur | Unité |
|---|---|---|
| Densité | 8.89 | g/cm3 |
| Intervalle de fusion | 1070-1080 | °C |
| Conductivité électrique (après vieillissement) | 75-85 | % IACS |
| Conductivité thermique (après vieillissement) | 320-330 | W/m*K |
| Coefficient de dilatation thermique | 17.0 | um/m*K |
| Module d'élasticité | 128 | GPa |
| Résistance à la traction (après vieillissement) | 450-540 | MPa |
| Limite d'élasticité (après vieillissement) | 380-480 | MPa |
| Allongement (après vieillissement) | 10-20 | % |
| Dureté (après vieillissement) | 130-160 | HV |
| Température de ramollissement | ~500 | °C |
Les couple conductivité-résistance mécanique Tel est le titre. Avec une nuance 80% IACS et une résistance à la traction d’environ 500 MPa, le C18150 offre les quatre cinquièmes des performances électriques du cuivre pur tout en présentant une résistance mécanique plus de deux fois supérieure, un compromis qui permet la conception de composants compacts à courant élevé : des porte-électrodes plus petits, des sections de bobines d’induction plus fines et des plaques de refroidissement pour l’électronique de puissance plus légères, capables de supporter à la fois la charge mécanique et la chaleur.
Conductivité thermique de 320 à 330 W/m·K Une fois vieilli, cet alliage se classe en deuxième position, juste derrière le cuivre pur, parmi les métaux imprimables, avec une résistance environ deux fois supérieure à celle des alliages d’aluminium. C’est pourquoi les échangeurs thermiques et les composants de refroidissement imprimés en C18150 surpassent les modèles en aluminium dès lors que le volume et la densité du flux thermique priment sur le poids.
Les température de ramollissement avoisinant les 500 °C définit les limites d'utilisation et de mise en œuvre de l'alliage. En dessous de ce seuil, les propriétés après vieillissement sont pratiquement stables ; au-delà, les précipités grossissent et la résistance diminue. Concrètement, cela signifie que les pièces imprimées en C18150 supportent des cycles de brasage, des procédés de revêtement et une utilisation à chaud qui provoqueraient un recuit complet du cuivre pur ; toutefois, les concepteurs ne doivent pas prescrire cet alliage pour une utilisation prolongée au-delà de 500 à 550 °C, température à partir de laquelle les alliages de type GRCop prennent le relais.
À l'attention des concepteurs LPBF, trois caractéristiques sont à prendre en compte. Premièrement, le module d’élasticité de 128 GPa et la grande ductilité des systèmes à base de cuivre permettent aux parois minces de mieux résister aux contraintes thermiques de l’impression que les matériaux fragiles ; toutefois, le retrait des supports du cuivre est fastidieux et doit être pris en compte lors de la conception. Deuxièmement, le matériau tel qu’il est imprimé se trouve dans un état sursaturé et partiellement solubilisé ; le cycle complet de solubilisation et de vieillissement est obligatoire pour obtenir les propriétés spécifiées : solubilisation à 950-1 000 °C, trempe à l’eau, puis vieillissement à 450-500 °C pendant 1 à 4 heures. Troisièmement, la porosité résiduelle réduit la conductivité de manière disproportionnée : chaque pour cent de porosité entraîne une perte de plusieurs pour cent de conductivité ; ainsi, une densité supérieure à 99,51 TP3T constitue le seuil de qualification pratique pour les applications thermiques et électriques.
Niveaux disponibles, distribution granulométrique et normes de tolérance
La poudre C18150 est fournie en granulométries adaptées aux processus, avec des contrôles tenant compte des particularités du cuivre en matière de manipulation.
Caractéristiques techniques disponibles
| Paramètres | Norme/Valeur |
|---|---|
| PSD pour LPBF / SLM | 15-53 µm (D10 ~22, D50 ~35, D90 ~54) |
| PSD pour DED / revêtement par laser | 45 à 106 µm |
| PSD pour la fabrication par moulage et frittage | 45 à 150 µm |
| Sphéricité | >= 92% |
| Débit dans le hall | <= 20 s/50 g |
| Densité apparente | >= 4,5 g/cm³ |
| Densité du robinet | >= 5,0 g/cm³ |
| Teneur en oxygène | <= 0,05 wt% (prime <= 0,03 wt%) |
| Ouvrage de référence en chimie | UNS C18150, CuCr1Zr |
| Emballage | Emballés sous vide ou remplis d'argon, 10 à 25 kg |
Les Découpe LPBF de 15 à 53 microns C'est la norme dans le secteur, avec deux spécificités propres au cuivre. Premièrement, les particules fines inférieures à 15 microns présentent une surface d'oxyde disproportionnée, et comme le contrôle de l'oxyde est essentiel pour la conductivité, les producteurs haut de gamme limitent plus strictement les particules fines pour les alliages de cuivre que pour les aciers, généralement en dessous de 8%. D'autre part, la rigueur en matière de réutilisation des poudres est plus importante que pour la plupart des alliages : chaque cycle LPBF entraîne une absorption d’oxygène, et les poudres d’alliages de cuivre sont plus sensibles à l’oxydation que celles de nickel ou d’acier dans des conditions de manipulation équivalentes ; les opérations doivent donc suivre l’évolution de la teneur en oxygène par lot et renouveler la poudre vierge selon la norme 40-50% à chaque cycle pour les pièces où la conductivité est critique.
Découpes par DED et par revêtement laser d’une taille comprise entre 45 et 106 microns permettent le dépôt de structures en alliage de cuivre sur les chambres de combustion, les surfaces de moules et les substrats d’électrodes, où la conductivité thermique et la capacité d’adhérence du C18150 en font le matériau de référence pour les réparations et les couches fonctionnelles.
Nuances pour le pressage et le frittage Avec une granulométrie comprise entre 45 et 150 microns, ces poudres sont utilisées dans le cadre du procédé traditionnel de métallurgie des poudres pour la fabrication d’ébauches d’électrodes de soudage et de contacts électriques, un marché représentant un tonnage considérable où la poudre sphérique obtenue par atomisation au gaz offre une meilleure densité à l’état cru et une meilleure conductivité après frittage que les alternatives obtenues par atomisation à l’eau.
Certification par lots doit inclure une analyse chimique complète par ICP-OES avec indication du chrome et du zirconium à deux décimales près, de l’oxygène et de l’azote par fusion sous gaz inerte, de la distribution granulométrique (PSD) par diffraction laser selon la norme ISO 13320, du débit de Hall selon la norme ASTM B213, ainsi que des images morphologiques par MEB. Pour les programmes de qualification où la conductivité est un critère essentiel, le document déterminant est le protocole de mesure d’une barre d’essai moulée ou frittée : conductivité par courants de Foucault selon la norme ASTM E1004 et essai de traction après le cycle de traitement thermique propre au client, car les propriétés finales dépendent autant de la mise en œuvre du traitement thermique que de la qualité de la poudre.
Processus de fabrication : de l'alliage au produit sous forme de poudre sphérique
La poudre C18150 est produite par atomisation sous gaz inerte, le processus de fabrication ayant été conçu pour relever deux défis spécifiques au cuivre : la réactivité du zirconium et la sensibilité du cuivre à l'oxydation.
Fusion utilise des fours à induction sous vide ou sous atmosphère inerte, avec du cuivre cathodique de haute pureté et des ajouts d’alliages-maîtres à base de Cu-Cr et de Cu-Zr. Le zirconium s’oxyde de manière agressive au contact de l’air ou des oxydes réfractaires ; c’est pourquoi, lors de la fusion, il est ajouté tardivement sous une couverture inerte complète, avec un temps de maintien minimal avant la coulée, et une analyse préalable à la coulée vérifie les taux de récupération du Cr et du Zr par rapport à des plages de spécifications très étroites. Le procédé sans manganèse et à faible teneur en oxygène est la norme, et le choix du revêtement du four est crucial car le zirconium réduit de nombreux oxydes réfractaires, ce qui contamine la coulée.
Atomisation au gaz (GA) transforme la masse fondue, surchauffée à environ 1 200-1 300 °C, en poudre sphérique à l'aide de jets d'azote ou d'argon. L’atomisation à l’azote est la méthode standard et économique pour les alliages de cuivre ; l’argon est utilisé pour les nuances LPBF haut de gamme à faible teneur en oxygène. Les gouttelettes se sphérisent et se solidifient dans la tour hermétique, l’environnement inerte maintenant la teneur en oxygène entre 0,02 et 0,05 % en poids lors de campagnes bien menées. La conductivité thermique élevée du cuivre accélère la solidification des gouttelettes, ce qui favorise la sphéricité mais exige une conception rigoureuse des buses et de la pression du gaz afin d’éviter la formation de fractions grossières et irrégulières.
Classification divise la distribution des particules telles qu’elles sont atomisées en gammes commerciales à l’aide d’un tamisage ultrasonique à plusieurs étages et d’une classification par air sous couverture d’inert. La classification de la poudre de cuivre présente moins de risques d’explosion que celle de l’aluminium, mais exige les mêmes mesures de contrôle de l’humidité, car l’oxydation de surface s’accélère dans un air humide.
Contrôle qualité et conditionnement compléter la chaîne :
- Prélèvement par lots pour les analyses chimiques : Cr et Zr à deux décimales, oxygène-azote, PSD, débit et densité.
- Inspection morphologique par MEB visant à détecter la sphéricité, la présence de satellites et de particules creuses.
- Mélanger pour homogénéiser la campagne.
- Conditionnement dans des récipients scellés sous vide ou remplis d'argon et contenant un dessiccant, avec une durée de conservation recommandée courte pour les récipients ouverts.
Fournisseurs disposant de procédés intégrés de fusion, d'atomisation et de classification, et d'une gamme complète d'équipements grâce à une production en interne Technologie de fabrication de poudre PREP pour les fractions grossières haut de gamme d’alliages spéciaux, il est possible d’adapter les plages de composition chimique et la distribution granulométrique (PSD) à la plateforme machine et au cycle de traitement thermique spécifiques du client, ce qui correspond au niveau d’alignement requis par la production par fabrication additive où la conductivité est un critère essentiel.
Applications par secteur : Automobile, Électronique et Aéronautique
Les applications de la poudre C18150 se concentrent dans les zones où une densité de courant élevée ou un flux thermique important s'accompagne d'une contrainte mécanique, c'est-à-dire précisément les composants dans lesquels le cuivre pur présente des défaillances mécaniques et les métaux de construction, des défaillances thermiques. Les utilisations représentatives sont résumées ci-dessous et sur le site du fournisseur. applications page.
Applications typiques par secteur d'activité
| L'industrie | Pièces représentatives | Pourquoi la poudre C18150 ? |
|---|---|---|
| Propulsion aérospatiale | Revêtements de chambres de combustion de moteurs-fusées, têtes d'injecteurs | Résistance à la fatigue thermique, conductivité, capacité à 500 °C |
| Automobile et véhicules électriques | Composants d'enroulement de moteur, connecteurs de charge, plaques de refroidissement pour l'électronique de puissance | Conductivité et résistance structurelle |
| Électronique | Dissipateurs thermiques, chambres à vapeur, composants RF | 320-330 W/m*K pour les géométries imprimables |
| Secteur du soudage | Électrodes de soudage par résistance, roues de soudage en continu | Résistance au ramollissement, conductivité, durée de vie |
| Puissance et énergie | Bobines d'induction, composants de barres omnibus, pièces d'appareillage électrique | Densité de courant et intégrité mécanique |
| Outillage industriel | Inserts pour moules d'injection avec refroidissement conformationnel | Conductivité pour la réduction de la durée du cycle |
Propulsion aérospatiale Il s’agit de l’application phare. Les chambres de combustion des moteurs-fusées à propergol liquide fonctionnent sous un flux thermique extrême, avec d’un côté un propergol cryogénique et de l’autre des gaz de combustion à plus de 3 000 °C ; les chemises à refroidissement régénératif ont besoin de la conductivité du cuivre pour évacuer la chaleur, de la résistance mécanique de l’alliage pour supporter la pression, et d’une résistance au ramollissement pour résister aux allumages répétés. Le C18150 est devenu le matériau de référence pour les chambres imprimées destinées aux programmes de lancement et de propulsion spatiale. La technologie LPBF permet de produire les géométries des canaux de refroidissement intégrés qui définissent la conception moderne des chambres, un rôle qu’elle partage avec la gamme GRCop, adaptée aux températures plus élevées, à l’extrémité de la plage.
Électrification automobile représente l'opportunité la plus prometteuse en termes de volume. Les composants de moteurs de véhicules électriques, les connecteurs de recharge à courant élevé et les plaques de refroidissement pour l'électronique de puissance tirent tous parti de cette combinaison de conductivité et de résistance. Les plaques de refroidissement C18150 imprimées, dotées de microcanaux internes, permettent une dissipation thermique que les solutions en aluminium moulé sous pression ou usiné ne peuvent égaler, et ce à des densités de puissance qui ne cessent d'augmenter à chaque nouvelle génération de semi-conducteurs.
Gestion thermique des composants électroniques utilise des dissipateurs thermiques C18150 imprimés et des structures à chambre à vapeur lorsque les contraintes d'espace et la nécessité d'un refroidissement à flux élevé justifient le coût de la fabrication additive, qu'il s'agisse de plaques de refroidissement pour centres de données ou de bases thermiques pour amplificateurs RF.
Secteurs du soudage et de l'énergie restent le pilier traditionnel : les électrodes de soudage par résistance et les roues de soudure exploitent la résistance au ramollissement et la conductivité dans l'application CuCrZr la plus ancienne du secteur, tandis que les bobines à induction, dotées de canaux de refroidissement intégrés, prolongent la durée de vie des installations de durcissement et de fusion. Outillage vient compléter l'offre, les inserts de moules d'injection à refroidissement conformé permettant de réduire les temps de cycle de 20 à 40% par rapport aux outils percés.
Sur l'ensemble de ces marchés, la logique de sélection est la même : les ingénieurs optent pour le C18150 lorsque le composant doit conduire l'électricité ou la chaleur comme le cuivre et supporter des charges comme un métal de structure, et que la fabrication additive (AM) ou le moulage sous pression (PM) permettent d'obtenir la géométrie souhaitée de manière plus économique que l'usinage d'une barre forgée.
Comparaison des performances par rapport à d'autres nuances de matériaux
La sélection d'alliages de cuivre à haute conductivité oppose le C18150 au cuivre pur, à la nuance Cu-Cr plus simple et à la gamme haut de gamme GRCop.
C18150 par rapport à d'autres matériaux en cuivre à haute conductivité
| Propriété | C18150 (CuCrZr) | C18200 (CuCr) | OFHC Cu pur | GRCop42 |
|---|---|---|---|---|
| Système d'alliage | Cu-Cr-Zr | Cu-Cr | 99,951 TP3T+ Cu | Cu-Cr-Nb |
| Conductivité électrique (% IACS) | 75-85 | 75-85 | 100-102 | 75-85 |
| Résistance à la traction (MPa) | 450-540 | 400-480 | 220-250 | 480-560 |
| Température de ramollissement | environ 500 °C | environ 400 °C | environ 200 à 250 °C | environ 600 à 700 °C |
| Résistance à la fatigue thermique | Très bon | Bon | Modéré | Excellent |
| aptitude à la transformation du LPBF | Bon | Bon | Difficile (puissance laser élevée / laser vert) | Modéré |
| Traitement thermique | Solution + âge | Solution + âge | Aucun (recuit) | Aucune exigence |
| Coût relatif des matériaux | Moyen | Moyen | Faible à moyen | Haut |
C18200 (mélange binaire Cu-Cr) C'est son prédécesseur direct : sa conductivité à température ambiante est pratiquement identique et sa résistance est légèrement inférieure, mais son inconvénient lié au ramollissement à 100 degrés l'exclut des chambres de fusées, des électrodes de soudage à usage intensif et de toute utilisation à chaud prolongée. Lorsque les températures restent modérées, il reste une alternative légèrement moins coûteuse, avec un comportement d'impression pratiquement identique.
Cuivre pur OFHC Il l'emporte uniquement en termes de conductivité (100% IACS contre 80%), mais présente des inconvénients sur tous les autres plans : une résistance deux fois moindre, un ramollissement au-delà de 250 °C et un comportement notoirement difficile lors du dépôt par faisceau laser (LPBF) en raison de sa réflectivité et de sa conductivité, ce qui nécessite généralement des lasers de 1 kW ou des systèmes laser verts. Pour les pièces imprimées, la conductivité légèrement inférieure du C18150 est généralement le prix à payer pour l’imprimabilité elle-même.
GRCop42 Le (Cu-4Cr-2Nb) constitue le niveau supérieur : le renforcement intermétallique apporté par le Cr2Nb repousse la température de ramollissement à 600-700 °C, tout en offrant une résistance à la fatigue thermique supérieure et sans nécessiter de traitement thermique, ce qui en fait le choix idéal pour les cycles de fonctionnement les plus extrêmes des chambres. Son inconvénient réside dans son coût : la teneur en niobium et les coûts liés aux procédés de fabrication spécialisés le rendent nettement plus onéreux que le C18150, sans compter que sa disponibilité auprès des fournisseurs est plus limitée. La plupart des applications industrielles à des températures inférieures à 500 °C ne justifient pas ce surcoût.
Règle de sélection : le cuivre OFHC lorsque la conductivité est le seul critère et qu’une application laser est envisagée ; le C18200 pour les applications économiques à température modérée ; le C18150 par défaut pour tout composant en cuivre imprimé soumis à des contraintes mécaniques et à un fonctionnement à chaud jusqu’à 500 °C ; et le GRCop42 pour les applications extrêmes en matière de fatigue thermique.
Notre entreprise
Shanghai Truer Technology Co. est un fournisseur chinois spécialisé dans la fabrication additive, qui propose à la fois des équipements de production de poudre PREP et des poudres métalliques sphériques de haute qualité. Fondée en 2009, l'entreprise propose à la fois atomisation par gaz (AG) ainsi que ses capacités de fabrication PREP pour les alliages de nickel, les alliages de titane, les alliages d'aluminium, les aciers inoxydables, les alliages de cobalt, les alliages de cuivre, les alliages à haute entropie et les matériaux spéciaux.
Pour les matières premières en cuivre à haute conductivité, Truer fournit les poudres C18150 CuCrZr, C18200, GRCop42, CuSn10 et des poudres de cuivre pur OFHC sous forme de pièces obtenues par LPBF, DED et pressage-frittage, avec des teneurs en chrome et en zirconium maintenues dans des plages très étroites et une teneur en oxygène contrôlée à des niveaux optimaux pour les applications où la conductivité est essentielle. Chaque lot est livré avec un certificat d’analyse comprenant la composition chimique complète à deux décimales près, la teneur en oxygène et en azote, la distribution granulométrique (PSD) par diffraction laser, le débit de Hall, la densité apparente et, sur demande, la morphologie au MEB ; des échantillons conservés permettent aux clients de réaliser leurs propres essais de qualification de la conductivité.
L'entreprise propose également le développement d'alliages sur mesure, la fabrication de prototypes en petites séries et la production à grande échelle pour des clients issus des secteurs de la propulsion aérospatiale, de l'électrification automobile, de l'électronique et de l'industrie du soudage. Un centre d'innovation conjoint dédié à l'impression 3D métallique, géré en collaboration avec des instituts de recherche de premier plan, soutient le développement des paramètres LPBF ainsi que l'optimisation des traitements thermiques de solution et de vieillissement pour les poudres d'alliages de cuivre.
Pour toute question concernant les caractéristiques techniques de la poudre de cuivre-chrome-zirconium C18150, les échantillons ou les nuances haut de gamme à faible teneur en oxygène, contacter l'équipe en indiquant votre PSD cible, la limite d'oxygène et l'estimation du volume annuel.
FAQ
Q1 : Quelle est la distribution granulométrique typique de la poudre C18150 ? R : La granulométrie standard du LPBF est comprise entre 15 et 53 microns, les particules fines inférieures à 15 microns étant limitées à moins de 8% afin de contrôler l’oxydation. Les procédés DED et de revêtement par laser utilisent des granulométries comprises entre 45 et 106 microns, et des nuances destinées au pressage et au frittage sont disponibles dans une plage de 45 à 150 microns.
Q2 : La poudre C18150 peut-elle être utilisée à la fois dans les systèmes SLM et DED ? R : Oui, à condition que le PSD soit adapté au procédé. Le LPBF du CuCrZr est désormais couramment utilisé sur des plateformes de 400 à 500 W grâce à la meilleure absorption laser de cet alliage par rapport au cuivre pur, tandis que le DED et le revêtement laser recourent à des découpes plus grossières pour le revêtement des parois de la chambre et le dépôt sur la surface des moules.
Q3 : De quelles certifications dispose la poudre C18150 ? R : La livraison standard comprend un certificat d'analyse indiquant les teneurs en chrome et en zirconium avec une précision de deux décimales, conformément à la norme UNS C18150, ainsi que les teneurs en oxygène et en azote déterminées par fusion sous gaz inerte, la distribution granulométrique (PSD) par diffraction laser, le débit de Hall et la densité apparente. Des rapports de morphologie par microscopie électronique à balayage (MEB) et des échantillons conservés pour la qualification de la conductivité sont disponibles pour les programmes critiques.
Q4 : Quelle est la quantité minimale de commande (MOQ) pour la poudre C18150 ? R : Des échantillons de 5 à 10 kg sont disponibles pour la mise au point des paramètres et la validation de la conductivité. Les commandes de production commencent généralement à 25-50 kg, avec des tarifs dégressifs à partir de 100 kg.
Q5 : La composition de la poudre C18150 peut-elle être personnalisée ? R : Oui. Les teneurs en chrome et en zirconium peuvent être ajustées conformément aux spécifications afin de privilégier soit la conductivité, soit la résistance ; des lingots haut de gamme à très faible teneur en oxygène sont disponibles ; et des nuances apparentées, telles que la C18200 ou des variantes Cu-Cr-Zr définies par le client, peuvent être produites à partir d'un volume minimum par campagne.
Q6 : Quel est le délai de livraison habituel pour les commandes de poudre C18150 ? R : Les découpes standard sont généralement disponibles en stock ou dans un délai de 1 à 2 semaines. Les compositions sur mesure, les qualités haut de gamme obtenues par atomisation à l'argon et les commandes en grande quantité nécessitent généralement un délai de 3 à 6 semaines, en fonction du calendrier de fusion et d'atomisation.
