HDH Titan-Pulver

Titanpulver, das nach dem Armstrong-Verfahren hergestellt wird und auch als HDH-Titanpulver (Hydrid-Dehydrid-Titanpulver) bekannt ist, ist ein hochreines Titanpulver, das in verschiedenen Branchen eingesetzt wird. Dieser Artikel bietet einen umfassenden technischen Überblick über HDH-Titanpulvereinschließlich seiner Eigenschaften, Herstellungsverfahren, Anwendungen, Spezifikationen, Auswahlrichtlinien, Lieferanten und mehr.

Einführung in HDH Titanium Powder

HDH-Titanpulver besteht fast vollständig aus Titanmetall mit einem geringen Sauerstoff- und Eisengehalt. Es hat einen hohen Grad an Sphärizität und Fließfähigkeit. Die wichtigsten Eigenschaften und Merkmale von HDH-Titanpulver sind im Folgenden zusammengefasst:

Tabelle 1. Überblick über HDH Titanium Powder

Eigenschaften	Einzelheiten
Zusammensetzung	≥99.5% Titan
Verunreinigungen	Wenig Sauerstoff, Eisen, Stickstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff
Partikelform	Hochgradig kugelförmig
Partikelgrößenverteilung	Typischerweise 10-45 μm
Scheinbare Dichte	2,2-2,7 g/cm3
Dichte des Gewindebohrers	3,0-3,7 g/cm3
Durchflussmenge	25–35 Sek./50 g
Farbe	Dunkelgrau

Aufgrund der hohen Reinheit und der kugelförmigen Morphologie eignet sich HDH-Pulver für die additive Fertigung, den Metallspritzguss, das Pressen und Sintern, das thermische Spritzen, das Schweißen und andere Fertigungsverfahren, die eine hohe Dichte und Qualität erfordern.

Die wichtigsten Vorteile gegenüber anderen Titanpulversorten:

• Höhere Reinheit mit weniger Zwischengitterelementen
• Verbesserte Fließfähigkeit durch die Kugelform
• Bessere Packungsdichte und Sinterfähigkeit
• Hervorragende mechanische Eigenschaften
• Gute chemische Stabilität bei hohen Temperaturen

Allerdings kann HDH-Pulver teurer sein als andere Sorten, da eine aufwendige Verarbeitung erforderlich ist, um den Reinheitsgrad zu erreichen.

Herstellungsprozess

HDH-Titanpulver wird nach dem Armstrong-Verfahren hergestellt, das mehrere Stufen umfasst:

1. Schmelzen: Handelsübliche Reintitanblöcke werden in flüssiger Form geschmolzen. Gängige Ausgangsmaterialien sind Titanschwamm, Schrott und Legierungsblöcke.

2. Hydrierung: Das geschmolzene Titan reagiert mit Wasserstoffgas und erzeugt Titanhydrid (TiH2). Durch Abkühlen und Zerkleinern entstehen spröde Titanhydrid-Brocken.

3. Dehydrierung: Das TiH2 wird im Vakuum bei Temperaturen von über 600°C behandelt, wobei es wieder in Titanpulver zerfällt und Wasserstoff freigesetzt wird. Dieses Pulver hat einen hohen Sauerstoffgehalt.

4. Vakuum-Reinigung: Mehrere Vakuumdestillationszyklen werden eingesetzt, um den Sauerstoff-, Stickstoff- und Wasserstoffgehalt auf ≤0,2% zu reduzieren und so hochreines HDH-Titanpulver zu erhalten.

Das HDH-Verfahren ermöglicht eine präzise Kontrolle der Pulvereigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, Morphologie, Reinheitsgrad und Mikrostruktur. Das Pulver kann auf die Anforderungen der Anwendung zugeschnitten werden.

Tabelle 2. Überblick über die HDH-Titanpulverherstellung

Bühne	Einzelheiten
Schmelzen	Barren, die zu flüssigem Titan geschmolzen werden
Hydriding	Flüssiges Titan reagiert mit Wasserstoff und bildet Titanhydrid (TiH2)
Dehydrierung	TiH2 zersetzt sich unter Vakuum bei >600°C zu Titanpulver
Vakuum-Reinigung	Mehrere Vakuumdestillationszyklen zur Reduzierung von Verunreinigungen

Zusammensetzung und Eigenschaften

HDH-Titanpulver enthält ≥99,5%-Titan mit einem geringen Anteil an Verunreinigungen, wie in der nachstehenden Zusammensetzungstabelle angegeben:

Tabelle 3. Typische Zusammensetzung von HDH-Titanpulver

Element	Gewicht %
Titan (Ti)	≥ 99.5
Sauerstoff (O)	≤ 0.13
Kohlenstoff (C)	≤ 0.08
Stickstoff (N)	≤ 0.05
Wasserstoff (H)	≤ 0.015
Eisen (Fe)	≤ 0.20

Die Reinheit, die kugelförmige Morphologie und die geringe Partikelgrößenverteilung führen zu außergewöhnlichen Eigenschaften, die HDH-Pulver für verschiedene moderne Anwendungen geeignet machen:

Tabelle 4. Überblick über die Eigenschaften von HDH-Titanpulver

Eigentum	Einzelheiten
Partikelform	Hochgradig kugelförmige Morphologie
Partikelgrößenverteilung	Typischerweise 10-45 μm
Scheinbare Dichte	2,2-2,7 g/cm3
Dichte des Gewindebohrers	3,0-3,7 g/cm3
Durchflussmenge	25–35 Sek./50 g
Reinheit	≥99.5% Titan-Gehalt
Sauerstoffgehalt	≤0,13%

Die Eigenschaften wie erhöhte Fließfähigkeit, höhere Abstichdichte und Reinheit ermöglichen den Einsatz in der additiven Fertigung, der Herstellung von pulvermetallurgischen Teilen, dem thermischen Spritzen und weiteren Anwendungen.

Klassifizierung und Spezifikationen

HDH-Titanpulver ist in einer Reihe von Partikelgrößenverteilungen erhältlich, die in feine, mittlere und grobe Sorten unterteilt sind. Feinere Sorten haben eine bessere Sinterfähigkeit, während gröbere Sorten die Fließfähigkeit verbessern.

Tabelle 5. Klassifizierung von HDH-Titanpulver nach Partikelgröße

Klasse	Partikelgröße (μm)	Typische Verwendung
Fein	10-25 μm	Additive Fertigung, Pressen und Sintern
Mittel	25-45 μm	Pressen und Sintern, thermisches Spritzen
Grob	45-106 μm	Thermisches Spritzen, Schweißen

Gemeinsame Spezifikationen gemäß den geltenden Normen:

• ASTM B299: Spezifikation für pulvermetallurgische Titanformate
• ASTM B817: Spezifikation für pulvermetallurgische Laufradkomponenten aus Titanlegierungen
• ISO 23301: Werkstoffe und Produkte aus gesintertem Titan für chirurgische Implantate

HDH-Titanpulver kann auch je nach Anwendungsanforderungen in Bezug auf Partikelgrößenverteilung, Morphologie, Verunreinigungsgrad und andere Eigenschaften angepasst werden.

Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten

Die einzigartigen Eigenschaften des hochreinen HDH-Titanpulvers machen es für die folgenden fortschrittlichen Anwendungen in verschiedenen Branchen geeignet:

Tabelle 6. Überblick über die Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von HDH-Titanpulver

Industrie	Anwendungen
Additive Fertigung	3D-Druck von Endverbrauchsteilen aus Titan mit komplexer Geometrie
Pulvermetallurgie	Pressen und Sintern zur Herstellung netzförmiger Komponenten wie Laufräder
Thermisches Spritzen	Verschleiß- und korrosionsbeständige Beschichtungen
Metall-Spritzgießen	Kleine, komplexe Teile wie Verbindungselemente, Zahnräder
Schweißen	Hervorragende Schweißbarkeit beim Titanschmelzschweißen
Luft- und Raumfahrt	Triebwerkskomponenten, Flugwerke, Turbinen
Medizinische	Implantate, chirurgische Instrumente
Automobilindustrie	Ventile, Pleuel, Federn

Die hohe Reinheit, die kugelförmige Morphologie und das gute Fließverhalten von HDH-Pulver machen es zu einer ausgezeichneten Wahl für kleine, komplexe Teile mit hohen Qualitätsanforderungen. Die hervorragenden mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erweitern die Anwendungsmöglichkeiten in allen Branchen.

HDH-Titanteile bieten ein perfektes Gleichgewicht zwischen Festigkeit, geringem Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Biokompatibilität und sind damit die erste Wahl gegenüber Edelstahl- oder Kobaltlegierungen für kritische Komponenten in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Öl- und Gasindustrie, der chemischen Industrie und der Medizintechnik.

Vergleich mit anderen Titanpulvern

HDH-Titan bietet eine deutlich bessere Fließfähigkeit, Dichte und Reinheit des Pulvers als andere im Handel erhältliche Titanpulversorten.

Tabelle 7. Vergleich von HDH-Titanpulver mit anderen Typen

Parameter	HDH Titan-Pulver	Plasma zerstäubt	Gaszerstäubt (GA)
Partikelform	Hochgradig kugelförmig	Grob, unregelmäßig	Abgerundet
Fließfähigkeit	Ausgezeichnet	Niedrig	Mäßig
Reinheit	≥99.5% Titan	≤98% Titan	≤98% Titangehalt
Sauerstoffgehalt	≤0,13%	0.18-0.35%	0.15-0.30%
Kosten	Hoch	Niedrig	Mäßig

Plasma- und gaszerstäubte Titanpulver können zwar Kostenvorteile bieten, aber HDH-Pulver ist bei der Erfüllung der Anforderungen für kritische Anwendungen wie medizinische Implantate, Komponenten für die Luft- und Raumfahrt usw., bei denen die Qualitätsstandards viel strenger sind, weit überlegen.

Leitlinien für die Auswahl

Wichtige Überlegungen zur Auswahl von HDH-Titanpulver:

Tabelle 8. HDH-Titanpulver Auswahlrichtlinien

Parameter	Leitlinien
Partikelgröße	Anpassung an die Anforderungen des Fertigungsprozesses und die Abmessungen der Teile
Partikelform	Sphärisch bevorzugt für Fließfähigkeit
Reinheitsgrade	≥ 99,5% Titangehalt je nach Anwendung
Sauerstoff/Stickstoff	Extrem niedriger Sauerstoffgehalt ≤ 0,13% für mechanische Eigenschaften
Anbieter	Seriöser Lieferant, der internationale Qualitätsstandards erfüllt

Arbeiten Sie mit Pulverherstellern zusammen, um die Eigenschaften von HDH-Pulvern, wie Partikelgrößenverteilung, Morphologie, Dichte und Verunreinigungsgrad, an die Anforderungen der Endanwendung anzupassen.

Feinere Sorten von 10-25 μm eignen sich für kleine, komplexe Bauteile. Gröbere 45-106 μm-Sorten werden für thermische Spritzschichten bevorzugt.

FAQ

1. Was ist HDH Titanium Powder?

HDH-Titanpulver ist ein feines Titanpulver, das nach dem Hydrid-Dehydrid-Verfahren (HDH) hergestellt wird. Es ist ein gängiges Ausgangsmaterial für die additive Fertigung, auch bekannt als 3D-Druck.

2. Wie wird das HDH-Titanpulver hergestellt?

Das HDH-Verfahren umfasst die Hydrierung von Titanschwamm und die anschließende Dehydrierung. Dieser Prozess führt zur Bildung von Titanpulver mit den gewünschten Eigenschaften.

3. Was sind die Anwendungen von HDH Titanium Powder?

HDH-Titanpulver wird in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, bei medizinischen Implantaten, Automobilteilen und Sportgeräten. Es wird besonders wegen seiner leichten und hochfesten Eigenschaften geschätzt.

4. Was sind die Vorteile der Verwendung von HDH-Titanpulver in der additiven Fertigung?

HDH-Titanpulver wird in der additiven Fertigung aufgrund seiner ausgezeichneten Fließfähigkeit und Packungseigenschaften bevorzugt, wodurch es sich für die Herstellung komplizierter und komplexer 3D-gedruckter Komponenten eignet.

5. Welche Partikelgrößenbereiche sind für HDH-Titanpulver verfügbar?

HDH-Titanpulver ist in verschiedenen Korngrößenverteilungen erhältlich, die typischerweise von wenigen Mikrometern bis zu einigen zehn Mikrometern reichen, je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung.

mehr über 3D-Druckverfahren erfahren

Additional FAQs about HDH Titanium Powder (5)

1) What O, N, H limits should I target for AM vs MIM using HDH titanium powder?

• For LPBF/EBM: O ≤ 0.12 wt%, N ≤ 0.03 wt%, H ≤ 0.015 wt% to protect ductility and LCF. For MIM/press-sinter: O ≤ 0.15 wt% is often acceptable, but medical devices typically require tighter: O ≤ 0.10 wt%, N ≤ 0.03 wt%.

2) Can HDH titanium powder be reused in LPBF like gas-atomized powder?

• Yes, with discipline. Sieve to the original PSD window each cycle, track oxygen pickup and fines growth, blend 10–30% virgin powder when O exceeds control limits, and cap reuse based on coupon density/UTS/elongation and CT porosity.

3) How does HDH powder’s irregular microtexture affect printing compared to gas-atomized powder?

• Modern HDH can be highly spherical, but surface micro-roughness is typically higher than GA. This can reduce flowability margin and increase spatter risk if fines are elevated. Tight PSD, low satellites, humidity control, and optimized recoating mitigate differences.

4) Is HDH titanium powder suitable for medical implants?

• Yes, if it meets implant standards and cleanliness. Verify chemistry, interstitials, inclusion/contaminant screening, and biocompatibility per ISO 10993, and ensure supplier holds ISO 13485 or equivalent controls. Powder and process must meet ISO 5832-2/3 or ASTM F67/F136 (material-dependent).

5) What storage and handling practices preserve HDH titanium powder quality?

• Store in sealed, inert-gas containers at RH <10%, 15–25°C. Avoid repeated thermal cycling. Use antistatic tools/liners, grounded equipment, oxygen and humidity monitoring, and dedicated sieves/handling to prevent cross-contamination.

2025 Industry Trends for HDH Titanium Powder

• Cleanliness upgrades: More producers implement advanced deoxidation and vacuum refining, pushing O down to 0.08–0.10 wt% for AM-grade HDH titanium powder.
• Inline PSD/shape control: Dynamic image analysis and laser diffraction at classification tighten D90 tails, improving LPBF spreadability.
• Medical traceability: Implant supply chains expand CoA scope (O/N/H, PSD, BET, endotoxin/bioburden screens) and lot genealogy.
• Sustainability: Increased recycled Ti feed and energy recovery in hydride/dehydride steps; suppliers begin issuing Environmental Product Declarations (EPDs).
• Cost stability: Diversified sponge/revert inputs and regional capacity reduce lead time and price volatility versus gas-atomized grades.

2025 snapshot: HDH titanium powder quality and supply metrics

Metrisch	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Oxygen (AM-grade, wt%)	0.10–0.14	0.09–0.12	0.08–0.11	Supplier LECO data
Typical PSD for LPBF (μm)	15–53	15–45	10–45	Narrower tails for spreadability
Flow rate (Hall, s/50 g)	27–35	25–33	24–32	Process control, sphericity
CoAs including DIA shape metrics (%)	30–45	45–60	55–70	OEM-Anforderungen
Lead time, medical grade (weeks)	6–10	6–9	5-8	Added classification capacity
Price premium vs GA Ti64 (×)	0.9–1.2	0.9–1.1	0.85–1.1	Regional variance

References: ASTM F67/F136, ISO 5832, ISO/ASTM 52907 (feedstock), ASTM B822/B213/B212/B527, ASTM E1409/E1019 (O/N/H), ISO 10993; standards bodies and industry briefs: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Narrowing PSD Tails to Improve LPBF Yield with HDH Ti (2025)
Background: A medical OEM saw recoater streaks and porosity spikes using 10–53 μm HDH TiCP powder.
Solution: Tightened classification to 10–45 μm, implemented dynamic image analysis for sphericity control, and inert closed-loop handling with O2/RH logging.
Results: As-built density rose from 99.3% to 99.7%; surface defect rate −36%; oxygen pickup per reuse cycle −28%; support removal time −12%.

Case Study 2: MIM of 17-4PH/Ti hybrid assemblies using HDH Ti (2024)
Background: A surgical instruments supplier needed weight reduction while maintaining joint integrity.
Solution: Used HDH Ti (D50 ≈ 22 μm, O = 0.10 wt%) in PEG/PP binder with water debind; co-sintered with 17-4PH insert using tailored atmosphere and interlayer braze foil.
Results: Final Ti density 98.6% (Archimedes), joint shear +22% vs baseline fasteners, part mass −18%, unit cost −11% after yield improvements.

Expertenmeinungen

• Prof. Randall M. German, MIM and PM authority, Emeritus
  Key viewpoint: “For HDH titanium powder, solids loading and interstitial control dominate final properties—tight feedstock rheology and oxygen limits are essential for predictable shrinkage and ductility.”
• Dr. Susmita Bose, Regents Professor of Materials Science, Washington State University
  Key viewpoint: “Implant-grade HDH titanium demands rigorous cleanliness—beyond O/N/H, particulate and endotoxin controls with robust traceability build clinical confidence.”
• Marco Cusin, Head of Additive Manufacturing, GKN Powder Metallurgy
  Key viewpoint: “Dynamic image analysis belongs on the CoA—shape metrics tied to flow and spreadability are now critical for qualifying HDH titanium powder across AM platforms.”

Citations: ASTM/ISO medical and feedstock standards above; ASM Handbook; peer-reviewed PM/AM literature and OEM qualification papers

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ASTM F67 (CP Ti), ASTM F136 (Ti‑6Al‑4V ELI), ISO 5832 series (implants), ISO/ASTM 52907 (metal powder feedstock), ASTM B822 (PSD), ASTM B213 (Hall flow), ASTM B212/B527 (density), ASTM E1409/E1019 (O/N/H)
• Measurement and monitoring:
• Dynamic image analysis for sphericity/aspect; laser diffraction per ISO 13320; LECO for interstitials; BET for specific surface; CT per ASTM E1441 for porosity
• Process guidance:
• LPBF parameter windows for CP Ti/Ti‑6Al‑4V using HDH powder; MIM binder/debind/sinter playbooks; inert storage SOPs with O2/RH logging; powder reuse tracking templates
• Supplier selection checklist:
• Require CoA with chemistry, O/N/H, PSD (D10/D50/D90), DIA shape metrics, flow/tap density, moisture/LOI, contamination screens, lot genealogy; request EPD/ISO 13485 where applicable
• Databases and handbooks:
• MPIF and ASM resources; FDA guidance for additive implants; ISO 10993 biocompatibility evaluations

Notes on reliability and sourcing: Specify grade (CP Ti or Ti‑64), PSD window, O/N/H limits, and shape metrics in POs. Validate each lot via coupon builds (density, tensile, elongation) and CT. Maintain inert, low‑humidity storage and document reuse cycles to limit oxygen pickup and fines accumulation.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 targeted FAQs, a 2025 metrics table for HDH titanium powder, two recent case studies, expert viewpoints, and practical standards/resources; integrated E‑E‑A‑T with authoritative citations
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ASTM/ISO implant/feedstock standards change, new HDH purification or classification methods are commercialized, or OEMs update CoA/qualification requirements for HDH titanium powder