Aheadd CP1: Hochleitfähige Aluminiumlegierung für Thermomanagement
Aheadd CP1 (Al-Mn-Zr Legierung von Constellium) im LPBF: Wärmeleitfähigkeit > 230 W/(m*K), kein teures Scandium, vereinfachte Wärmebehandlung, Wärmetauscher für E-Mobilität.
Aheadd CP1 (entwickelt von Constellium) ist eine patentierte, aluminiumbasierte Hochleistungslegierung aus dem System Aluminium-Mangan-Zirkon (Al-Mn-Zr), die speziell für die additive Fertigung via LPBF maßgeschneidert wurde. Während siliziumreiche Standardlegierungen (AlSi10Mg) durch gelöstes Silizium in ihrer Wärmeleitfähigkeit auf ca. 140 W/(m*K) limitiert sind, erreicht Aheadd CP1 nach einfacher einstündiger Wärmebehandlung sensationelle Wärmeleitfähigkeiten von über 230 W/(m*K) – nahe an Reinaluminium – bei gleichzeitig hervorragenden Festigkeiten (> 300 MPa) ohne teures Scandium.
- Wärmeleitfähigkeit über 230 W/(m*K) übertrifft AlSi10Mg um fast 60 % und nähert sich reinem Kupfer an.
- Scandium- und siliziumfrei: Geringe Pulverkosten im Vergleich zu teuren Al-Sc-Speziallegierungen.
- Ultraschnelle Wärmebehandlung: Nur 1 Stunde bei 400 °C ohne Wasserabschreckung (kein Bauteilverzug).
- Hohe Bauraten im LPBF mit Schichtdicken bis 80 µm ohne Bindefehler prozesssicher fahrbar.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Kennwert | Aheadd CP1 (Al-Mn-Zr) | AlSi10Mg (Standard) | Reines Kupfer (Cu-ETP) |
|---|---|---|---|
| Wärmeleitfähigkeit | 230 - 240 W/(m*K) | 130 - 160 W/(m*K) | 380 - 400 W/(m*K) |
| Dichte | 2.74 g/cm3 | 2.67 g/cm3 | 8.96 g/cm3 (+325 % schwerer) |
| Zugfestigkeit Rm | 300 - 330 MPa | 340 - 380 MPa | 200 - 240 MPa |
| Streckgrenze Rp0.2 | 250 - 280 MPa | 220 - 250 MPa | 140 - 180 MPa |
| Verzug durch Wärmebehandl. | Null (keine Wasserabschreckung) | Gering bis moderat | Keine |
Metallurgie der Mangan- und Zirkon-Nanopräzipitate
Das Legierungskonzept vermeidet Silizium, da im Aluminiumgitter gelöste Siliziumatome die phononische und elektronische Wärmeleitung drastisch streuen. Stattdessen zwingt die extreme Abkühlrate im Schmelzbad Mangan und Zirkon in übersättigte Lösung. Beim anschließenden 400 °C Glühen scheiden sich kohärente Al3Zr- und Al6Mn-Nanopartikel ab: Die Aluminiummatrix wird atomar gereinigt (Leitfähigkeit springt auf > 230 W/(m*K)), während die Ausscheidungen die Festigkeit stabilisieren.
Wärmetauscher und Inverterkühlkörper für E-Mobilität und Raumfahrt
In der Formel 1, bei Elektro-Hypersportwagen und Satelliten sind kompakte Wärmetauscher der Engpass. Kupfer ist thermisch exzellent, aber für den Flug- und Rennbetrieb dreimal zu schwer. Aheadd CP1 erlaubt die Konstruktion ultra-dünnwandiger TPMS-Gyroid-Wärmetauscher (Wandstärken 0.25 mm), die das Gewicht von Kupfer um 70 % unterbieten und die Wärme nahezu identisch schnell abführen.
Wirtschaftlichkeit: Entfall komplexer Wärmebehandlungsöfen
Klassische aushärtbare Aluminiumteile erfordern Lösungsglühen bei 530 °C mit anschließendem abruptem Wasserbad-Abschrecken. Bei filigranen Kühlstrukturen führt dieser thermische Schock zu massivem Bauteilverzug oder Rissen. Aheadd CP1 benötigt lediglich ein einstündiges Verweilen bei 400 °C mit langsamer Ofenabkühlung an ruhender Luft – Verzug ist physikalisch ausgeschlossen.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Ist Aheadd CP1 teurer als AlSi10Mg?
Wie ist die Schweißbarkeit im LPBF?
Welche Schichtdicken können gefahren werden?
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