TiAl3 prášek pro 3D tisk

Prášek TiAl3 je intermetalická sloučenina složená z titanu a hliníku. Je lehký, odolný proti oxidaci a odolává vysokým teplotám. Díky tomu je vhodný pro použití v leteckém a automobilovém průmyslu, energetice a dalších vysoce výkonných aplikacích.

Některé klíčové vlastnosti a charakteristiky prášku TiAl3:

Vlastnosti a charakteristiky prášku TiAl3

Prášek TiAl3 lze vyrábět různými metodami včetně atomizace plynem, plazmového procesu s rotující elektrodou (PREP) a mechanického legování. Velikost prášku, morfologie, složení, mikrostruktura a další vlastnosti závisí na způsobu výroby.

Obsah titanu se obvykle pohybuje v rozmezí 55-65 wt% a zbytek tvoří hliník. Malé množství chromu, niobu, uhlíku nebo kyslíku může být přítomno maximálně do 1%. Poměr Ti:Al lze upravit tak, aby se optimalizovaly vlastnosti.

Vlastnosti prášku TiAl3

Mezi klíčové vlastnosti patří nízká hustota ve srovnání s titanovými slitinami, vysoký bod tání, střední tepelná vodivost a zachování pevnosti a tuhosti při vysokých teplotách.

Charakteristika prášku TiAl3

Prášek TiAl3 má kulovitou morfologii s hladkým povrchem, dobrou tekutostí a vlastnostmi balení. Má nízký obsah kyslíku a dusíku, aby se zabránilo křehnutí.

Aplikace prášku TiAl3

Mezi hlavní aplikace využívající vlastnosti TiAl3 patří:

Aplikace prášku TiAl3 v aditivní výrobě

• Prášek TiAl3 se používá v procesech tavení v práškovém loži, jako je selektivní laserové tavení (SLM) a tavení elektronovým svazkem (EBM), k výrobě složitých součástí z oxidu titaničitého pro letecký a automobilový průmysl.
• Ve srovnání s Ti6Al4V má nižší reaktivitu a snadnější tisk v práškovém loži AM. Díly z TiAl3 mají jemnou mikrostrukturu a mechanické vlastnosti srovnatelné s litými a tepanými slitinami.
• AM s TiAl3 umožňuje konstrukce s nižší hmotností, snížení počtu dílů a konsolidaci sestav pro lopatky turbín, kola turbodmychadel, výfukové komponenty atd.

Aplikace prášku TiAl3 v tepelném nástřiku

• Povlaky z práškového TiAl3 nanášené termickým nástřikem zajišťují odolnost proti oxidaci a korozi při vysokých teplotách na lopatkách turbín, lopatkách, spalovacích nádobách atd.
• Má lepší teplotní odolnost než niklové slitiny a titanové povlaky. Povlaky TiAl3 mohou pracovat při teplotách 700-900 °C.
• Povlaky se nanáší plazmovým nástřikem, vysokorychlostním kyslíkovým nástřikem (HVOF) nebo teplým nástřikem. Typická tloušťka povlaku je 150-500 mikronů.

Aplikace prášku TiAl3 v laserovém plátování

• Prášek TiAl3 lze laserem plátovat na titanové nebo niklové slitiny a vytvořit tak ochrannou povrchovou vrstvu slitiny.
• Plátovaná vrstva poskytuje zvýšenou pevnost při vysokých teplotách, odolnost proti oxidaci a opotřebení.
• Laserové plátování se používá na součástech proudových motorů a pozemních turbín vystavených horkým korozním podmínkám.

Specifikace prášku TiAl3

Prášek TiAl3 je k dispozici v několika standardních třídách, které odpovídají specifikacím, jako jsou:

Složení prášku TiAl3

Běžná složení jsou založena na obsahu titanu, například Ti-45Al, Ti-55Al nebo Ti-62Al, což představuje hmotnostní procento titanu. Může být přítomno malé množství chromu nebo niobu.

Distribuce velikosti částic TiAl3 prášku

Typické rozdělení velikosti pro procesy AM se pohybuje kolem 22-45 μm s minimem jemných částic pod 22 μm. Větší velikosti až do 150 μm se používají pro tepelné stříkání.

Práškové standardy TiAl3

• ASTM B821 - Norma pro přípravu prášků a kompaktů ze žáruvzdorných slitin plazmovými technikami
• AMS 4982 - Práškové spotřební materiály, Aluminidy titanu, atomizované plazmou
• AMS 7008 - Prášek ze slitiny aluminidu titanu pro povlaky nanášené tepelným nástřikem

Výroba, odběr vzorků, zkoušení a přejímka prášku se řídí průmyslovými normami pro žáruvzdorné slitiny a hlinitany titanu.

Prášek TiAl3 má ve srovnání s jinými běžně používanými prášky některé výhody a nevýhody:

Srovnání prášku TiAl3 s jinými prášky

• TiAl3 má při teplotách nad 600 °C vyšší pevnost než slitiny titanu, jako je Ti6Al4V.
• V porovnání s titanem a hliníkovými slitinami má lepší odolnost proti oxidaci.
• Dražší než slitiny titanu kvůli vysokému obsahu hliníku.
• Nelze je tak snadno opracovávat nebo tvarovat jako slitiny titanu při pokojové teplotě.
• Nejvhodnější pro vysokoteplotní konstrukční aplikace

Pochopením toho, v čem TiAl3 překonává nebo zaostává za jinými slitinovými systémy, lze určit ideální aplikace, které využijí jeho přednosti.

Dodavatelé TiAl3 prášku

Prášek TiAl3 je komerčně dostupný od řady dodavatelů po celém světě. Mezi hlavní výrobce patří:

Výrobci prášku TiAl3

Ceny TiAl3 prášku

Ceny závisí na objemu nákupu, úrovni čistoty, distribuci velikosti částic a morfologii. Složení slitin na zakázku je rovněž možné, ale je dražší.

Nejčastější dotazy

Otázka: Jaké metody lze použít k výrobě prášku TiAl3?

Odpověď: Hlavními výrobními metodami jsou atomizace plynem, plazmový proces s rotující elektrodou a mechanické legování. Každá metoda vede k různým vlastnostem prášku vhodným pro různé aplikace.

Otázka: Je TiAl3 kompatibilní s titanovými slitinami?

Odpověď: TiAl3 má velmi omezenou rozpustnost v pevném stavu ve slitinách titanu, jako je Ti6Al4V. Nedoporučuje se míchat prášek TiAl3 s prášky titanových slitin kvůli tvorbě křehkých intermetalických fází.

Otázka: Jaké legující prvky lze přidat do TiAl3?

A: Prvky jako Nb, Cr, Ni, Cu byly legovány s TiAl3 za účelem úpravy mikrostruktury a mechanických vlastností. Nadměrné legování však může negativně ovlivnit odolnost proti oxidaci.

Otázka: Jaký je rozdíl mezi práškem PREP a práškem TiAl3 rozprašovaným plynem?

Odpověď: Prášek PREP má jemné sférické částice ideální pro aditivní výrobu, zatímco prášek rozprašovaný plynem má o něco hrubší, cenově výhodnější částice vhodné pro lisování a spékání.

Otázka: Jaká opatření je třeba dodržovat při manipulaci s práškem TiAl3?

Odpověď: Prášek TiAl3 je hořlavý a náchylný k oxidaci. Měly by se používat vhodné osobní ochranné prostředky a manipulace by měla probíhat v inertní atmosféře, aby se zabránilo kontaminaci. Působení vlhkosti a kyslíku zhoršuje kvalitu prášku.

Závěr

Souhrnně lze říci, že TiAl3 je důležitý vysokoteplotní intermetalický materiál dostupný ve formě prášku pro různé aplikace. Díky svým vlastnostem, jako je nízká hustota, pevnost a odolnost vůči oxidaci při zvýšených teplotách, je vhodný pro letecký, automobilový a energetický průmysl. Správná manipulace s práškem, jeho skladování a testování jsou rozhodující pro dosažení konečných vlastností dílů. TiAl3 nabízí výhody oproti běžným titanovým slitinám pro vysokoteplotní konstrukční použití, a to i přes některá omezení v obrobitelnosti a tažnosti při pokojové teplotě. Probíhající výzkum se zaměřuje na další zlepšení materiálu pomocí přídavků legur a inovativních technik zpracování.