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.
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.
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 % |
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.
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.
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).
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Kann CuCr1Zr auch mit Standard-Infrarotlasern gedruckt werden?
Verliert CuCr1Zr seine Festigkeit bei hohen Temperaturen?
Eignet sich CuCr1Zr für Schweißverbindungen?
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