Kovový prášek z titanu

Přehled

Kovový prášek z titanu je jemně zrnitá forma kovového titanu používaná v různých výrobních aplikacích. Vyznačuje se vynikajícím poměrem pevnosti a hmotnosti, odolností proti korozi a biokompatibilitou, takže je vhodný pro použití v leteckých komponentech, lékařských implantátech, sportovním vybavení, automobilových dílech a dalších.

Titanový prášek lze vyrábět různými metodami, včetně atomizace roztaveného titanu, elektrolýzy sloučenin titanu a přímé redukce titanových rud. Vlastnosti a výkonnost prášku závisí na výrobní technice i na následném zpracování. Mezi kritické vlastnosti, které určují kvalitu a použitelnost titanového prášku, patří distribuce velikosti částic, morfologie, tekutost prášku, zdánlivá hustota a obsah nečistot.

Typy Kovový prášek z titanu

Typ	Způsob výroby	Velikost částic	Morfologie	Zdánlivá hustota	Tekutost	Aplikace
Atomizované	Plynová nebo plazmová atomizace roztaveného titanu	10 - 250 μm	Sférické, zrnité	2,2 - 3,8 g/cc	Dobrý	Aditivní výroba, MIM
Hydrid-dehydrid (HDH)	Hydrogenace a dehydrogenace titanového šrotu	<250 μm	Nepravidelný, houbovitý	1 - 2,5 g/cc	Špatný	Vstřikování kovů
Proces rotační elektrody	Elektrolýza sloučenin titanu	5 - 150 μm	Dendritické	2 - 3 g/cc	Veletrh	Aditivní výroba
Aluminotermická redukce	Chemická redukce hliníkem	50 - 500 μm	Nepravidelné, porézní	1,5 - 3 g/cc	Veletrh	Žáruvzdorná metalizace

Atomizovaný titanový prášek má kulovitou morfologii s dobrými tokovými a balicími vlastnostmi. Je vhodný pro náročné aplikace aditivní výroby a vstřikování kovů.

Hydrid-dehydridový prášek má ve srovnání s rozprašovaným práškem nižší hustotu a špatnou tekutost. Vzhledem k nižším nákladům se používá převážně pro vstřikování kovů.

Prášek pro rotační elektrody má unikátní dendritické částice, které zajišťují vysokou hustotu slinutí. Používá se v aditivních výrobních metodách, jako je tavení elektronovým svazkem.

Složení kovového prášku z titanu

Titanové kovové prášky se obecně dělí do čtyř tříd podle obsahu kyslíku a železa podle norem ASTM:

Třída	Kyslík (wt%)	Železo (wt%)	Ostatní prvky
Stupeň 1	0.18	0.20	N, C, H
Stupeň 2	0.25	0.30	N, C, H
Třída 3	0.35	0.30	N, C, H
Třída 4	0.40	0.50	N, C, H

Mezi hlavní legující prvky v titanovém prášku patří:

• Hliník (Al) - zlepšuje pevnost a tepelnou zpracovatelnost
• Vanad (V) - zvyšuje pevnost a tažnost
• Cín (Sn) - zvyšuje odolnost proti tečení
• Zirkonium (Zr) - zjemňuje zrna

Významný vliv na mechanické vlastnosti mají také stopové prvky, jako je dusík, uhlík, vodík a železo. Pro dosažení optimálních vlastností je nutná přísná kontrola chemického složení.

Vlastnosti kovového prášku z titanu

Vlastnictví	Hodnota	Význam
Hustota	4,5 g/cm3	Nižší než u oceli a slitin niklu
Bod tání	1660°C	Zachovává pevnost při vysokých teplotách
Síla	900 - 1200 MPa	Pevnější než hliník
Modul pružnosti	100 - 120 GPa	Nižší modul pružnosti než u oceli
Prodloužení	15 – 25%	Dobrá tažnost
Odolnost proti korozi	Vynikající	Díky ochranné vrstvě oxidu
Biokompatibilita	Vynikající	Vhodné pro lékařské implantáty
Tepelná vodivost	7 - 16 W/m.K	Nižší než hliník a ocel

Vlastnosti hotových titanových dílů závisí na vlastnostech prášku i na způsobu výroby dílů. Velký vliv má pórovitost, povrchová úprava, tepelné zpracování atd.

Mezi hlavní výhody titanu patří vysoká specifická pevnost, odolnost proti korozi, únavová životnost a biokompatibilita. Mezi omezení patří vysoká reaktivita při zvýšených teplotách, která vyžaduje inertní atmosféru pro manipulaci s práškem a jeho zpracování. Slitiny titanu se také mohou ve srovnání s jinými kovy obtížněji obrábět kvůli nízké tepelné vodivosti, která způsobuje lokální zahřívání při obrábění.

Aplikace z Kovový prášek z titanu

aplikace	Příklady	Požadované vlastnosti prášku
Aditivní výroba	Letecké komponenty, ortopedické implantáty	Sférická morfologie, kontrolovaná distribuce velikosti částic pod 100 μm, vysoká čistota
Vstřikování kovů	Zubní implantáty, spojovací materiál	Nepravidelný prášek pod 25 μm vhodný pro míchání pojiva
Žáruvzdorná metalizace	Titanové povlaky na kovových substrátech	Široký rozsah velikostí prášku od 5 μm do 500 μm
Prášková metalurgie	ojnice, hnací hřídele	Přísná kontrola obsahu kyslíku a dusíku, dobrá stlačitelnost a spékavost
Tepelně stříkané povlaky	Ochranné nátěry pro námořní aplikace	Speciální prášek pro plazmové stříkání s optimalizovanou distribucí velikosti částic
Pyrotechnika	Světlice, výbušniny	Hrubší prášek nad 150 μm vhodný pro složení kovových paliv

Pro aditivní výrobu se upřednostňují jemné prášky o velikosti pod 100 mikronů, aby se dosáhlo dobrého rozlišení a mechanických vlastností. Pro lisované a slinované aplikace poskytuje sférická morfologie optimální hustotu, zatímco nepravidelné částice jsou preferovány pro vstupní suroviny pro vstřikování kovů.

Specifikace pro titanový kovový prášek

Normy ASTM pro různé třídy titanového prášku:

Standard	Popis	Třídy, na které se vztahuje
ASTM B849	Norma pro předlegovaný titanový prášek pro MIM	Třída 1 až 4
ASTM B981	Norma pro slitiny titanu pro povlaky nanášené tepelným nástřikem	Třída 1 a 2
ASTM B983	Norma pro prášek hydridu titanu pro MIM	Třída 1 až 4

Další specifikace titanového prášku:

Parametr	Typické hodnoty	Zkušební metody
Distribuce velikosti částic	10 μm až 150 μm	Laserová difrakce, sítová analýza
Zdánlivá hustota	1 až 4 g/cc	Hallův průtokoměr, Scottův volumetr
Hustota poklepání	70 až 80% skutečné hustoty pevné látky	ASTM B527
Morfologie prášku	Kulovité, granulovité, houbovité, dendritické	SEM, optická mikroskopie
Průtoková rychlost	25 až 35 s/50 g	Hallův průtokoměr
Ztráta při zapálení	0,1 až 2 wt%	ASTM E1019
Zbytkový vodík	100 až 500 ppm	Fúze inertních plynů LECO

Dodavatelé Kovový prášek z titanu

Dodavatel	Způsob výroby	Stupeň prášku	Velikost částic
AP&C	Plazmová atomizace	Třída 1, 2, 5	10 až 45 μm
Technika TLS	Rozprašování plynu	Třída 23	45 až 150 μm
AMETEK	Rotační elektroda	Stupeň 2	5 až 63 μm
Puris	Hydrid-dehydrid	Stupeň 2	Až 150 μm

Orientační ceny titanového kovového prášku:

Třída	Ceny ($/kg)
Stupeň 1	50 až 150
Stupeň 2	40 až 100
5. třída	250 až 500

Při velkých objednávkách nad 100 kg mohou být k dispozici hromadné slevy. Skutečné ceny se liší v závislosti na množství, požadavcích na kvalitu, době dodání atd.

Srovnání metod výroby titanového prášku

Parametr	Atomizace plynu	Plazmová atomizace	Proces HDH	Rotační elektroda
Morfologie	Zrnitý, kulovitý	Vysoce sférický	Houba, nepravidelná	Dendritické
Vyzvednutí kyslíku	Mírný	Nízký	Vysoký	Nízký
Propustnost	Mírný	Nízký	Vysoký	Mírný
Náklady	Mírný	Vysoký	Nízký	Mírný
Typické aplikace	AM, MIM	AM, letectví a kosmonautika	MIM	AM

Žádná výrobní metoda nenabízí nejlepší rovnováhu mezi kvalitou a ekonomikou. Většina výrobců se specializuje na jednu technologii a nabízí různé druhy zaměřené na různé aplikace. Kvalita a opakovatelnost prášku je rozhodující pro náročné aplikace, zatímco náklady jsou větším hnacím faktorem pro velkoobjemové výrobky.

Nejčastější dotazy

Otázka: Jaký je rozdíl mezi titanovým práškem tříd 1, 2, 3 a 4?

Odpověď: Třídy se liší podle povoleného obsahu kyslíku a železa. Třída 1 má nejnižší obsah kyslíku, zatímco třída 4 povoluje vyšší obsah nečistot. Nižší třídy poskytují lepší mechanické vlastnosti, zatímco vyšší třídy snižují náklady.

Otázka: Jakou velikost částic titanového prášku potřebuji pro aditivní výrobu?

Odpověď: Pro většinu procesů AM je optimální velikost částic 10 až 45 mikronů. Jemnější prášky pod 100 mikronů umožňují dobré rozlišení a mechanické vlastnosti. Extrémně jemné částice pod 10 mikrometrů však může být náročné rovnoměrně rozprostřít při vrstvení. Jsou také náchylnější k problémům s aglomerací.

Otázka: Je titanový prášek nebezpečný?

Odpověď: Titanový prášek se může za určitých podmínek vznítit a způsobit nebezpečí výbuchu. Jemný titanový prášek, zejména hydridový, je vysoce hořlavý. Manipulace s titanovým práškem vyžaduje prostředí inertního plynu s použitím argonu nebo dusíku. Skladovací nádoby by měly být řádně uzemněny. Při manipulaci s titanovými prášky musí pracovníci dodržovat bezpečnostní opatření proti vdechování prachu a kontaktu s kůží.

Otázka: Jak se vyrábí titanový prášek?

Odpověď: Čtyři hlavní výrobní metody jsou:

1. Rozprašování plynu: Proud roztaveného titanu se rozbíjí na kapičky, které tuhnou na prášek.
2. Plazmová atomizace: Extrémně vysoké teplo z plazmatu rychle taví a tuhne titan.
3. Proces HDH: Titanový šrot se zpracovává pomocí vodíkových cyklů absorpce a desorpce.
4. Rotační elektroda: Anodické rozpouštění titanových tyčinek tvoří prášek elektrolytickými reakcemi

Výsledkem každého procesu je prášek s různými vlastnostmi vhodný pro různé aplikace.

Otázka: Jaká je cena titanového prášku?

Odpověď: Titanový prášek se může pohybovat od $40 do $500 za kg v závislosti na třídě, kvalitě, objemu objednávky atd. Sférický prášek tříd 1 a 2 má mírnou cenu kolem $100/kg pro malá množství. Speciální slitiny používané v leteckém průmyslu mohou stát až $500/kg. Hydrid-dehydrid a prášek vyšší třídy 4 jsou levnější variantou blížící se $50/kg pro odběratele v průmyslu.

znát více procesů 3D tisku