Werkstoffe & Legierungen W3D-MAT-28 ISO/ASTM 52900 Validiert

CuCr1Zr im 3D-Druck: Hochfeste Kupferlegierung für Induktoren & Raketendüsen

CuCr1Zr (2.1293 / CW106C) im LPBF und DED: Hohe elektrische Leitfähigkeit (> 80 % IACS), Streckgrenze > 400 MPa durch Aushärtung, Kühlkörper und Härteinduktoren.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 9 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Technische Kernaussagen Normativer Status: Valide

CuCr1Zr (Werkstoffnummer 2.1293 / CW106C / UNS C18150) ist eine ausscheidungshärtbare Kupfer-Chrom-Zirkon-Legierung und der dominierende Werkstoff, wenn extreme elektrische und thermische Leitfähigkeit mit hoher mechanischer Warmfestigkeit kombiniert werden müssen. Während Reinkupfer im additiven Zustand mechanisch weich ist (Rp0.2 ca. 150 MPa), scheiden sich in CuCr1Zr nach Lösungsglühen und Warmauslagerung feine Chrom- und Zirkon-Präzipitate ab. Die Streckgrenze steigt auf über 420 MPa bei einer elektrischen Leitfähigkeit von über 80 % IACS und einer Wärmeleitfähigkeit von über 320 W/(m*K).

  • Ausscheidungshärtung: Verdoppelt die mechanische Festigkeit von Reinkupfer auf über 400 MPa Streckgrenze.
  • Herausragende Leitfähigkeit: > 80 % IACS (elektrisch) und > 320 W/(m*K) (thermisch).
  • Optimal verarbeitbar mit Grünlasern (515 nm) sowie Hochleistungs-Infrarotlasern mit Bauplattenvorheizung.
  • Schlüsselwerkstoff für flüssigkeitsgekühlte Induktionsspulen und regenerative Raketenbrennkammern.
Elektr. Leitfähigkeit
> 80 % IACS (> 46 MS/m)
Wärmeleitfähigkeit
320 - 350 W/(m*K)
Streckgrenze (HT)
400 - 460 MPa
Zugfestigkeit (Rm)
480 - 550 MPa

Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich

ISO/ASTM 52900
Zustand As-Built (LPBF) Lösungsgeglüht (980 °C) Vollständig Ausgelagert (980 °C + 480 °C)
Streckgrenze Rp0.2 200 - 260 MPa 120 - 160 MPa (weich) 410 - 470 MPa (Spitzenfestigkeit)
Zugfestigkeit Rm 320 - 380 MPa 260 - 310 MPa 490 - 560 MPa
Elektrische Leitfähigkeit 40 - 55 % IACS 35 - 45 % IACS 80 - 86 % IACS (Reinigung der Matrix)
Wärmeleitfähigkeit 180 - 220 W/(m*K) 160 - 200 W/(m*K) 320 - 350 W/(m*K)
Bruchdehnung A5 16 - 22 % 35 - 45 % 15 - 20 %
01

Chrom- und Zirkon-Ausscheidungskinetik

Im Schmelzbad werden ca. 0.8 % Chrom und 0.1 % Zirkon in der flüssigen Kupferschmelze gelöst. Im as-built Zustand sitzen viele dieser Atome noch auf Gitterplätzen und streuen Elektronen (geringe Leitfähigkeit). Nach Lösungsglühen bei 980 °C (Wasserabschreckung) und Warmauslagerung bei 480 °C für 4 Stunden scheiden sich Chrompartikel und Cu5Zr-Phasen kohärent aus. Die Kupfermatrix wird atomar gereinigt, wodurch die elektrische Leitfähigkeit auf über 80 % IACS nach oben schnellt.

02

Induktionsspulen mit maßgeschneiderten internen Kühlkanälen

Konventionelle Induktoren werden aus Kupferrohren aufwendig manuell gebogen und hartgelötet; Lötstellen brechen häufig unter thermischer Wechselbeanspruchung. Mittels 3D-Druck werden komplexe Spulen mit konturfolgenden, variablen Querschnitten in einem Stück monolithisch gefertigt. Der Kühldurchfluss wird um 50 % gesteigert, was die Lebensdauer von Induktionswerkzeugen um das 3- bis 5-Fache erhöht.

03

Regenerativ gekühlte Raketenbrennkammern

In Flüssigkeitsraketentriebwerken (Methan/Sauerstoff oder Wasserstoff) strömt kryogener Treibstoff durch Hunderte mikrofeine Kühlkanäle in der Brennkammerwand. CuCr1Zr bietet die erforderliche Wärmeleitfähigkeit, um die 3.000 °C heiße Verbrennungsgasgrenzschicht abzukühlen, und widersteht dem enormen Verbrennungsdruck ohne plastische Kriechverformung (Blanching-Effekt).

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Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Kann CuCr1Zr auch mit Standard-Infrarotlasern gedruckt werden?
Ja, mit starken 500 bis 1.000 W Faserlasern und einer Bauplattenvorheizung von 200 bis 400 °C lassen sich dichte Bauteile herstellen. Grünlaser (515 nm) ermöglichen jedoch ein stabileres Prozessfenster ohne Vorheizung.
Verliert CuCr1Zr seine Festigkeit bei hohen Temperaturen?
Bis ca. 450 °C bleibt die Ausscheidungshärtung voll stabil. Oberhalb von 500 °C beginnen die Chromphasen zu vergröbern, weshalb für noch heißere Zonen Nickellegierungen gewählt werden.
Eignet sich CuCr1Zr für Schweißverbindungen?
Ja, CuCr1Zr lässt sich mittels Elektronenstrahl- oder Laserschweißen hervorragend mit Inconel 718 verbinden, wie es bei Triebwerksdüsen üblich ist.

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