Materials & Alloys W3D-MAT-28 ISO/ASTM 52900 Validiert

CuCr1Zr in Metal AM: High-Strength Copper Alloy for Inductors and Rockets

CuCr1Zr in metal AM: electrical conductivity > 80% IACS, yield strength > 400 MPa via precipitation aging, rocket combustion chambers, and induction coils.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 9 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Key Engineering Takeaways Normative Status: Validated

CuCr1Zr (2.1293) is the premier precipitation-hardenable copper alloy for AM. Post-weld aging delivers yield strength > 420 MPa while retaining 80% IACS electrical conductivity.

  • 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

Technical Specifications & Comparison Matrix

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

Chromium and Zirconium Precipitation Metallurgy

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

Induction Hardening Coils with Integrated Cooling Passages

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

Regeneratively Cooled Rocket Thrust Chambers

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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Frequently Asked Questions (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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