Titanový houbový prášek

Prášek z titanové houby je klíčovým materiálem používaným jako surovina pro výrobu kovových součástí a výrobků z titanu. Tento způsob práškové metalurgie nabízí oproti těžbě z minerálních rud několik výhod. Tento článek poskytuje přehled titanové houby včetně jejího složení, klíčových vlastností, metod zpracování, aplikací, dodavatelů a dalších informací.

Přehled titanové houby v prášku

Titanová houba je porézní forma nelegovaného titanu, která je surovinou používanou v práškové metalurgii k výrobě kovových součástí z titanu. Připravuje se redukcí tetrachloridu titaničitého (TiCl4) získaného z minerálních rud pomocí hořčíku nebo sodíku.

Částice houby mají vysoký povrch a reaktivitu, což umožňuje jejich snadnou přeměnu na prášky, ingoty, mlýnské výrobky a díly pomocí procesů, jako je přetavování ve vakuovém oblouku (VAR), izostatické lisování za tepla (HIP), aditivní výroba, vstřikování kovů a práškové kování.

Níže je uveden přehled vlastností titanové houby, jejího použití, celosvětové výroby, cen a dalších informací.

Prášek z titanové houby - klíčové informace

Parametr	Podrobnosti
Složení	Nelegovaný titan (titan >99%)
Tvar částic	Porézní houbovité částice nepravidelného tvaru
Velikost částic	Obvykle velikost <15 mm
Čistota	>=98%, může být až 99,9%
Hustota	2,2 - 2,7 g/cc
Bod tání	1668°C
Klíčové vlastnosti	Nízká hustota, vysoká pevnost, vynikající odolnost proti korozi i při vysokých teplotách.
Hlavní aplikace	Suroviny pro titanový kovový prášek, mlýnské výrobky, aditivní výrobu
Roční celosvětová produkce	~300 000 tun, z toho 75 000 tun v USA a 100 000 tun v Číně.
Náklady	~$8-15 za kg pro houbu třídy CP-Ti

Titanové houby umožňují hospodárnou výrobu titanových součástí pomocí technik téměř síťového tvaru a práškové metalurgie ve srovnání s tradiční ingotovou metalurgií zahrnující několik kroků tavení a svařování s vysokým odpadem materiálu.

Dále podrobněji prozkoumáme složení a vlastnosti prášku z titanové houby.

Složení Titanový houbový prášek

Prášek z titanové houby se skládá z porézních agregátů kovového titanu, které obsahují malé množství nečistot, jako jsou chloridy, hořčík, železo, křemík, dusík, uhlík a kyslík. Pro kritické aplikace v letectví a kosmonautice se vyžaduje vysoce čistá houba s nízkým obsahem O a N.

Složení titanové houby

Živel	Hmotnost %
titan (Ti)	98 – 99.9%
Kyslík (O)	0.08 – 0.45%
dusík (N)	0.02 – 0.15%
uhlík (C)	0.04 – 0.16%
železo (Fe)	0.15 – 0.5%
Chlorid (Cl)	0.10 – 0.30%

Norma ASTM International ASTM B837 specifikuje požadavky na komerční čistotu nelegované titanové houby na základě třídy houby takto:

Specifikace ASTM pro třídy titanové houby

Třída	Obsah titanu	Obsah kyslíku	Obsah železa	Obsah dusíku
CP Ti třída 1	99.2% min	0,40% max	0,20% max	0,03% max
CP Ti stupeň 2	98.9-99.5%	0,25% max	0,30% max	0,05% max
CP Ti Stupeň 3	98.3-99.2%	0,35% max	0,30% max	0,05% max
CP Ti třída 4	97.75-99.2%	0,40% max	0,50% max	0,05% max

Pro kritické aplikace, jako jsou součásti leteckých motorů, je vyžadován houbový prášek vyšší čistoty s kontrolovaným nízkým obsahem O a N. Tehdy se specifikují třídy s titanem 99,5%+, jako je Ti-6Al-4V třídy 5 nebo třídy 23.

Dále se podíváme na klíčové vlastnosti titanové houby, díky nimž je vynikajícím technickým materiálem v různých průmyslových odvětvích.

Vlastnosti titanové houby v prášku

Titan je ceněn pro svou jedinečnou kombinaci nízké hustoty a vysoké pevnosti, kterou si zachovává i při zvýšených teplotách nad 500 °C. Nabízí také vynikající odolnost proti korozi v náročných podmínkách.

Klíčové vlastnosti prášku z titanové houby jsou:

Vlastnosti titanové houby

Vlastnictví	Podrobnosti
Hustota	4,5 g/cm3, což je téměř o polovinu méně než u oceli a slitin niklu.
Pevnost v tahu	340-450 MPa pro třídy CP, vyšší pro slitiny Ti
Mez kluzu (pevnost v tahu)	170-380 MPa pro houby třídy CP
Bod tání	1668 ± 10°C
Youngův modul	100-115 GPa, nižší než u oceli
Poissonův poměr	0.32-0.34
Koeficient tepelné roztažnosti	8,5 x 10-6 /K (20-100 °C)
Tepelná vodivost	6,7-21 W/m.K při 20 °C
Elektrický odpor	420-470 nΩ.m při 20 °C
Magnetismus	Nemagnetické
Odolnost proti korozi	Vynikající díky ochranné vrstvě oxidu
Biokompatibilita	Vysoce bioinertní materiál

Kombinace nízké hmotnosti, vysoké pevnosti při nízkých a vysokých teplotách, odolnosti proti korozi a teplu činí titan nepostradatelným mimo jiné v leteckém, chemickém, energetickém, automobilovém, námořním a biomedicínském průmyslu.

Dále zkoumáme některé hlavní aplikace a použití titanové houby v různých průmyslových odvětvích.

Aplikace z Titanový houbový prášek

Mezi hlavní průmyslové aplikace titanové houby patří následující odvětví:

Aplikace titanové houby v prášku

Sektor	Aplikace
Aerospace	Součásti proudových motorů a draku letadla, lopatky, spojovací materiál, podvozek
Výroba energie	Komponenty pro parní a plynové turbíny, výměníky tepla
Chemické zpracování	Nádrže, nádoby, výměníky tepla, potrubí, čerpadla
Námořní	Komponenty pro lodě, ponorky a pobřežní plošiny
Automobilový průmysl	ojnice, ventily, pružiny, spojovací materiál, výfuky
Biomedicína	Implantáty, protézy, chirurgické nástroje, zařízení
Ropa	Vrtné struny, součásti systému ústí vrtu
Sportovní zboží	Golfové hole, tenisové rakety, jízdní kola
Vojenské stránky	Letadla, plavidla, pancéřové výrobky
Odsolování	Výměníky tepla, tlakové nádoby, trubky

Využití titanu nadále roste tempem 8-10% CAGR v průmyslových odvětvích, jako je letecký průmysl, chemické zpracování, výroba energie a odsolování mořské vody. Předpokládá se, že poptávka na trhu vzroste ze současných 300 000 tun na přibližně 575 000 tun do roku 2030.

Podívejme se na různé formy výrobků z prášku z titanové houby.

Typy a formy titanového prášku

Kovový prášek a mlýnské výrobky z titanu se vyrábějí z houbových surovin pomocí procesů, jako je přetavování ve vakuovém oblouku (VAR), izostatické lisování za tepla (HIP), aditivní výroba (AM), vstřikování kovů (MIM) a další.

Výrobky z titanového prášku získané z houby

Formulář	Podrobnosti
Hydrid-dehydrid (HDH) v prášku	Prášek nepravidelného tvaru o velikosti <150 μm
Plynem rozprašovaný sférický prášek	Sférická velikost 15-150 μm používaná v AM
Legované předlegované prášky	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo atd.
VAR ingoty, předvalky	Přetavené ingoty a kované výrobky
Výrobky práškové metalurgie HIP	Zakázkové díly ve tvaru blížícím se síťovému
Vstupní suroviny pro vstřikování kovů	Prášky pro proces MIM
Práškově kované ojnice	Automobilový průmysl, námořní aplikace
Vstupní suroviny pro aditivní výrobu	Laserové práškové lože, přímé laserové nanášení

Tyto mlýnské výrobky se dále zpracovávají na hotové součásti a konečné výrobky v různých průmyslových odvětvích.

Dále se zabýváme výrobním procesem a aspekty dodavatelského řetězce titanové kovové houby v prášku.

Výrobní proces titanové houby

Prášek z titanové houby se komerčně vyrábí redukcí tetrachloridu titaničitého (TiCl4) pomocí sodíku nebo hořčíku za přísné kontroly procesu. Samotný TiCl4 se vyrábí

Odkazy poskytnuté společností Claude nemusí být vždy platné nebo aktuální. Děkujeme za vaši trpělivost, protože se snažíme zlepšit přesnost odkazů.

Základní kroky výroby titanové houby jsou:

Proces výroby titanové houby

1. Extrakce oxidu titaničitého (TiO2) z minerálních rud
2. Převod TiO2 na tetrachlorid titaničitý (TiCl4) chloridovým procesem
3. Redukce TiCl4 s hořčíkem/sodíkem ve vakuu při 800-850 °C.
4. Rozptýlit soli a kondenzovat čistý titan.
5. Zpracování porézní titanové houby drcením, čištěním a proséváním

The prášek z titanové houby je vysoce reaktivní a pyroforický. Proto se s ním manipuluje a skladuje v inertní atmosféře, například v argonu, aby se zabránilo nebezpečí vznícení a výbuchu.

Porézní částice nepravidelného tvaru houby mají velmi vysoký poměr povrchu k objemu, což umožňuje účinné odplynění, zhutnění a legování během následných kroků konsolidace taveniny a prášku.

Asi 75% produkce titanové houby se používá k výrobě mlýnských výrobků z titanu. Zbývajících 25% se využívá k výrobě titanového prášku pro aditivní výrobu a práškovou metalurgii.

Globální výroba a přední dodavatelé

V současné době se celosvětová produkce titanové houby pohybuje kolem 300 000 tun ročně. Geograficky je koncentrována do USA a Číny, které se na světové produkci podílejí téměř 60%.

Mezi hlavní světové výrobce titanové houby patří:

Klíčoví výrobci titanových hub

Společnost	Umístění	Kapacita
VSMPO-Avisma	Rusko	52 000 mt
Western Titanium	USA	30 000 mt
Toho Titanium	Japonsko	20 000 mt
UKTMP JV	Kazachstán	30 000 mt
Severozápadní institut NTM	Čína	20 000 mt
ZTMC	Čína	15 000 mt

USA navrhly omezení vývozu titanu do Ruska a Číny kvůli strategickým obavám v leteckém a kosmickém odvětví. To může restrukturalizovat dodavatelské řetězce a podpořit rozšiřování výroby v jiných regionech.

Celkově se očekává celosvětově zvýšená instalovaná kapacita a růstové příležitosti pro výrobce a obchodníky s titanovou houbou, kteří slouží různým uživatelským odvětvím.

Analýza nákladů a cenové trendy

Prášek z titanové houby ceny se pohybují v rozmezí $8-16 za kg v závislosti na dodávaném množství, jakosti, zeměpisné poloze, harmonogramu dodávek, dlouhodobých smlouvách a dalších obchodních faktorech.

Cenové rozpětí titanové houby

Třída	Cena za kg
CP stupeň 1	$8 – 12
CP stupeň 2	$10 – 14
CP stupeň 3	$12 – 15
CP stupeň 4	$10 – 16
Ti 6Al-4V Třída 5, Třída 23	$14 – 20

Ceny v roce 2022 prudce vzrostly v důsledku silného oživení poptávky v leteckém průmyslu a dalších odvětvích po pandemii, jakož i rostoucích nákladů na energii, suroviny a logistiku.

Od poloviny roku 2023 se však očekává určité zmírnění v souvislosti s nárůstem celosvětové kapacity houbovek. Celkové vyhlídky odvětví zůstávají pozitivní, přičemž se předpokládá, že poptávka po titanové houbě bude v příštím desetiletí stabilně růst tempem 6-8% CAGR.

Nejčastější dotazy

Q. Co je titanová houba?

Titanová houba je porézní forma vysoce čistého kovového titanu ve formě prášku, který se používá jako surovina pro výrobu titanových mlýnků, prášků a dílů v různých průmyslových odvětvích.

Q. Jak se vyrábí prášek z titanové houby?

Komerčně se vyrábí redukcí tetrachloridu titaničitého (TiCl4) získaného z minerálních rud za použití hořčíku nebo sodíku za přísně kontrolovaných podmínek.

Q. Jaké jsou aplikace titanové houby?

Klíčové aplikace jsou v leteckých motorech a dracích letadel, elektrárnách, chemických závodech, námořním vybavení, biomedicínských implantátech a zařízeních. Slouží pro průmyslová odvětví, která potřebují kovové součásti s vysokou pevností, nízkou hmotností a odolností proti korozi.

Q. Jaké jsou výhody titanu oproti oceli?

Ve srovnání s ocelí nabízí titan vyšší poměr pevnosti a hmotnosti, vynikající vysokoteplotní vlastnosti, nemagnetickou odezvu a mnohem lepší odolnost proti korozi, což je výhodné pro náročné aplikace.

Q. Kdo jsou přední výrobci titanové houby?

Mezi hlavní světové výrobce patří VSMPO-Avisma, Western Titanium, Toho Titanium, UKTMP JV, Northwest Institute of NTM, ZTMC s kapacitou od 15 000 do 50 000 tun ročně.

Q. Jaké je cenové rozpětí titanové houby za kg?

Ceny se pohybují v rozmezí $8-16 za kg v závislosti na třídě, velikosti objednávky, zeměpisné poloze, harmonogramu dodávek a dalších obchodních faktorech. Víceleté smlouvy mají také vliv na efektivní realizované ceny pro kupující a prodávající.

znát více procesů 3D tisku

Často kladené otázky (FAQ)

1) How does Titanium Sponge Powder differ from spherical titanium powder for AM?

• Sponge powder is porous/irregular and typically used as upstream feedstock (for VAR/HIP/HDH). Spherical AM powder is produced via gas atomization or PREP to achieve tight PSD (e.g., 15–45 µm) and high flowability for LPBF/EBM.

2) What impurity limits matter most for Titanium Sponge Powder?

• Interstitials (O, N, H) dominate properties. For CP sponge: O and N must meet ASTM B837 grade limits (e.g., O ≤0.25–0.40 wt% by grade). For AM feedstock derived from sponge, O is typically ≤0.15 wt% (≤0.13 wt% for ELI) and H ≤0.012 wt%.

3) Can Titanium Sponge Powder be used directly for additive manufacturing?

• Generally no. Sponge is usually converted to HDH or melted/atomized into spherical powder with controlled PSD and low satellites. Direct use risks poor flow, high oxidation, and defects.

4) What storage/handling practices reduce safety risk and oxidation?

• Store under inert gas, sealed containers with desiccants; keep away from ignition sources; ground equipment; maintain housekeeping to control dust; follow NFPA 484 and ATEX guidance; monitor O2 and humidity.

5) How do I qualify a new sponge lot for downstream powder production?

• Verify chemistry (ICP/OES), O/N/H (IGF), residual chlorides/Mg, inclusion cleanliness (SEM/EDS), and bulk density. Run pilot HDH or melt trials, measure PSD, flow (Hall/Carney), apparent/tap density, and correlate to downstream process yield and mechanicals.

2025 Industry Trends

• Upstream cleanliness: Producers add inline dechlorination and vacuum dehydrogenation steps, lowering residual Cl/H and improving yield in downstream atomization.
• Near-net consolidation: Increased use of HIP canning of HDH powder derived from sponge for structural billets with lower buy-to-fly.
• Traceability-by-design: QR/Genealogy from sponge lot through atomization to AM build is becoming standard in aerospace/medical audits.
• Sustainability: Argon recovery, scrap-to-sponge circularity, and life-cycle data in EPDs gain importance in procurement.
• Regional capacity shift: Investment in non-sanctioned regions diversifies supply and reduces geopolitical risk exposure.

2025 Snapshot: Titanium Sponge Powder KPIs

KPI	Typical Range/Value (2025e)	Notes/Source
Global sponge output	~300–330 kt/y	Company disclosures, industry reports
CP sponge price (Grade 2)	$9–14/kg	Contract/volume dependent
Oxygen (CP sponge)	0.08–0.40 wt% (grade-specific)	ASTM B837 context
Residual Cl (sponge)	0.10–0.30 wt% typical	Lower favored for melt cleanliness
Conversion yield to HDH <150 µm	75–90%	Process/PSD target dependent
AM-grade Ti-6Al-4V O content	≤0.15 wt% (≤0.13 wt% ELI)	Derived powders after atomization
Safety incidents (fine Ti powders)	Trending down with NFPA/ATEX compliance	Industry safety summaries

Authoritative sources:

• ASTM B837 (Commercially Pure Titanium Sponge), ASTM F2924/F3001 (AM Ti-6Al-4V), ISO/ASTM 52907 (AM feedstock): https://www.astm.org, https://www.iso.org
• ASM Handbook Vol. 7 (Powder Metallurgy), Vol. 2 (Nonferrous Alloys): https://www.asminternational.org
• NFPA 484 (Combustible Metals), ATEX/IECEx directives
• NIST and peer-reviewed journals: Additive Manufacturing, Materials & Design, Acta Materialia

Latest Research Cases

Case Study 1: Reducing Residual Chloride in Titanium Sponge for Improved Atomization Yield (2025)

• Background: An AM powder producer reported nozzle fouling and high oxide inclusions traced to elevated Cl in incoming sponge.
• Solution: Implemented enhanced vacuum dechlorination, additional argon purge during crushing, and ICP/ion chromatography release gates.
• Results: Residual Cl reduced from 0.22% to 0.08 wt%; gas atomization yield to 15–45 µm cut improved by 5.1%; inclusion rate (SEM/EDS) −30%; downstream LPBF density ≥99.7% without HIP.

Case Study 2: HDH-Derived Billet via HIP as a Cost-Down Route for Structural Ti (2024/2025)

• Background: An aerospace Tier-2 sought lower material cost vs. wrought while maintaining properties for non-rotating brackets.
• Solution: Produced HDH powder from certified sponge, vacuum degassed, canned, HIPed, and forged lightly; ultrasonic and CT inspection; Ti-6Al-4V aging per spec.
• Results: Yield strength 900–940 MPa, elongation 10–12%; buy-to-fly ratio −28% vs. wrought bar; cost per kg −18%; passed fatigue screening at R=0.1 with margin.

Názory odborníků

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “Sponge cleanliness—particularly interstitials and halide residues—sets the ceiling for downstream powder quality and AM performance.”
• Dr. John A. Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
• Viewpoint: “Lot genealogy from Titanium Sponge Powder to finished AM part is now a qualification artifact; data-rich CoAs shorten audits and reduce rework.”
• Dr. Sophia Chen, Senior Materials Scientist, Materion
• Viewpoint: “HDH routes derived from clean sponge are unlocking HIP billet solutions that compete with wrought in non-critical aerospace structures.”

Practical Tools/Resources

• Standards: ASTM B837 (Ti sponge), ISO/ASTM 52907 (AM powders), ASTM E1447 (H determination), ASTM E1019 (O/N), ASTM B962 (density)
• Testing/Metrology: ICP/OES for chemistry; IGF for O/N/H; SEM/EDS for inclusions; ion chromatography for residual Cl; Hall/Carney flow; PSD by laser diffraction/sieving; micro‑CT for porosity
• Safety guidance: NFPA 484 combustible metals; ATEX/IECEx zoning and dust hazard analyses; Class D extinguishing protocols
• Process modeling: Thermo-Calc/CALPHAD for alloying from sponge; ANSYS/Fluent for atomization gas flow dynamics
• Market/insight sources: USGS Mineral Commodity Summaries (Titanium), Metal-Powder.net, peer-reviewed AM journals

Implementation tips:

• Specify sponge with tight O/N/H and residual chloride limits; include cleanliness metrics in purchase orders.
• Require CoAs with chemistry, O/N/H, residual Cl, bulk density, and lot genealogy; set acceptance gates before HDH/melting.
• Pilot small-batch conversion (HDH or melt/atomize) to validate yield, PSD, flow, and inclusion levels before scaling.
• Maintain inert handling from sponge crushing through powder packaging; monitor O2 and humidity continuously.

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added 5-question FAQ, 2025 KPI table, two recent case studies (dechlorination for atomization and HDH-HIP billet route), expert viewpoints, and practical tools/resources with implementation tips specific to Titanium Sponge Powder
Next review date & triggers: 2026-04-20 or earlier if ASTM B837/AM standards update, major supply-chain/geopolitical changes affect sponge availability, or new safety guidance for titanium powders is issued