Sphärisches Titan-Pulver

Übersicht

Sphärisches Titanpulver ist eine Form von Titanmetallpulver, das so verarbeitet wurde, dass es eine kugelförmige Morphologie aufweist. Es zeichnet sich durch seine hohe Sphärizität, glatte Oberfläche, kontrollierte Partikelgrößenverteilung und gute Fließfähigkeit aus.

Zu den wichtigsten Eigenschaften und Details von kugelförmigem Titanpulver gehören:

Typen

• Reines Titanpulver
• Pulver aus Titanlegierungen (Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, usw.)

Produktionsmethoden

• Gaszerstäubung
• Verfahren mit rotierenden Plasmaelektroden (PREP)
• Elektroden-Induktions-Schmelzgaszerstäubung (EIGA)

Partikelgrößenbereich

• 15-45 Mikrometer
• 45-100 Mikrometer
• 106-250 Mikrometer

Typische Verwendungen

• 3D-Druck-Pulver
• Metall-Spritzgießen
• Thermisches Spritzen
• Herstellung von Teilen aus Titan

Wesentliche Merkmale

• Hohe Sphärizität (>90%)
• Kontrollierte Partikelgrößenverteilung
• Gute Fließfähigkeit
• Hohe Reinheit
• Geringere Oberfläche im Vergleich zu unregelmäßigen Pulvern

Arten von Sphärisches Titan-Pulver

Es gibt zwei Hauptkategorien von sphärischem Titanpulver, die auf der Zusammensetzung beruhen:

Tabelle 1: Arten von kugelförmigem Titanpulver

Typ	Beschreibung
Reines Titan	99,5% Titan mit niedrigem Sauerstoff- und Eisengehalt
Titan-Legierungen	Titan in Kombination mit Aluminium + Vanadium, Niob, usw.

Reintitan-Pulver

Reines kugelförmiges Titanpulver enthält mindestens 99,5% Titan mit Höchstwerten für Sauerstoff und Eisen. Es hat den höchsten Titangehalt im Vergleich zu Titanlegierungen.

Typische Zusammensetzung:

• Titan: mindestens 99,5%
• Sauerstoff: maximal 2000 ppm
• Eisen: maximal 3000 ppm

Es bietet Eigenschaften, die denen von reinem Titan nahe kommen - hohe Festigkeit, geringe Dichte, Korrosionsbeständigkeit. Es wird verwendet, wenn eine hohe chemische Reinheit erforderlich ist.

Pulver aus Titanlegierungen

Die gebräuchlichsten Titanlegierungspulver sind Ti-6Al-4V und Ti-6Al-7Nb mit Zusätzen von Aluminium, Vanadium oder Niob. Andere Legierungen werden auch mit Elementen wie Molybdän, Zirkonium und Zinn hergestellt.

Vorteile von Legierungen:

• Erhöhte Stärke
• Höhere Temperaturbeständigkeit
• Verbesserte Korrosionsbeständigkeit

Legierungspulver erweitern den Anwendungsbereich über Reintitanpulver hinaus.

Produktionsmethoden für kugelförmiges Pulver

Für die Herstellung von kugelförmigem Titanpulver mit kontrollierter Partikelgröße werden im Handel verschiedene Gasverdüsungstechniken eingesetzt:

Tabelle 2: Herstellungsverfahren für kugelförmiges Titanpulver

Methode	Grundsatz	Partikelgröße*
Gaszerstäubung	Zertrümmerung des geschmolzenen Stroms durch Gasdüsen	15-106 μm
Plasma-Rotationselektrode (PREP)	Zentrifugaler Aufschluss von geschmolzenem Metall	15-45 μm
Elektroden-Induktions-Gaszerstäubung (EIGA)	Induktionsschmelzen + Gaszerstäubung	15-250 μm

Typische produzierte Größenbereiche

Bei der Gaszerstäubung werden Hochgeschwindigkeits-Inertgasstrahlen wie Argon oder Stickstoff verwendet, um einen geschmolzenen Strom von Titanmetall in feine Tröpfchen aufzubrechen, die sich zu Pulver verfestigen. Dabei entstehen kugelförmige Partikel mit glatten Oberflächen, die auf die Oberflächenspannung zurückzuführen sind.

PREP und EIGA sind Varianten, die eine bessere Kontrolle, engere Größenverteilungen und eine Formoptimierung bieten.

Spezifikationen

Sphärisches Titanpulver ist in verschiedenen Größenklassen erhältlich, die nach dem Partikeldurchmesser eingeteilt sind. Zu den gängigen Maschenweiten gehören:

Tabelle 3: Spezifikationen der Partikelgröße

Größenklassifizierung	Maschenweite	Partikeldurchmesser
Klein	-325 Maschen	<45 μm
Mittel	140-325 Maschen	45-100 μm
Groß	+100 Maschen	>106 μm

Andere Parameter, die zur Spezifizierung von Pulvern verwendet werden:

• Sphärizität: >90% gibt an, wie kugelförmig die Partikel sind
• Klopfdichte: 2,2-3,5 g/cm3 gibt die Packungsdichte an
• Hausner-Verhältnis: <1,25 zeigt Fließfähigkeit an
• Scheinbare Dichte: Bereich auf der Grundlage der Zusammensetzung
• Durchflussmenge: Messung des Massendurchflusses durch einen Trichter

Zu den Normen, die für die Spezifikation von Pulvern verwendet werden, gehören ASTM B819, ASTM F3049, EN 10204/3.1.

Anwendungen von Sphärisches Titan-Pulver

Die kontrollierte Partikelgrößenverteilung und die kugelförmige Morphologie bieten bestimmte Vorteile, die die Einsatzmöglichkeiten von Titanpulver erweitern:

Tabelle 4: Typische Anwendungen von sphärischem Titanpulver

Bereich	Vorteile
3D-Druck	Ausgezeichnete Fließfähigkeit, Packungsdichte für die additive Fertigung
Metall-Spritzgießen	Ermöglicht die Herstellung komplexer Net-Shape-Teile
Thermisches Spritzen	Verbessert die Beschichtungsdichte und die Abscheidungseffizienz
Pulvermetallurgie	Erleichtert die Herstellung von Titanteilen wie Befestigungselementen und Zahnrädern
Biomedizinische	Verbessert die Eigenschaften von Oberflächenbeschichtungen für Implantate
Luft- und Raumfahrt	Wird zur Reparatur von Triebwerksteilen durch heißisostatisches Pressen verwendet

Der Hauptvorteil von kugelförmigem Pulver besteht darin, dass es die automatische Materialhandhabung besser erleichtert als unregelmäßiges Pulver. Dies ermöglicht die Herstellung von Titankomponenten in annähernd natürlicher Form.

Lieferanten und Preisgestaltung

Sphärisches Titanmetallpulver wird von verschiedenen führenden Herstellern verkauft:

Tabelle 5: Die wichtigsten Lieferanten von sphärischem Titanpulver

Unternehmen	Produktionsmethoden
AP&C	Gaszerstäubung
Tischlertechnik	Elektroden-Induktionsschmelzen
Sandvik	Plasma-Zerstäubung
TLS Technik	Gaszerstäubung
Tekna	Plasma-Induktion

Kostenvoranschlag:

• Reintitan: $50-100 pro kg
• Titan-Legierungen: $70-150 pro kg

Die Preise variieren je nach Bestellmenge, Pulversorte, Partikelgrößenbereich sowie Marktnachfrage und Angebotsökonomie.

Vor- und Nachteile von kugelförmigem Titanpulver

Tabelle 6: Vergleich der Vor- und Nachteile

Vorteile	Benachteiligungen
Ausgezeichnete Fließfähigkeit für die Automatisierung	Höhere Kosten als andere Formen
Hohe Packungsdichte	Begrenzte Verfügbarkeit sehr großer Formate
Kontrollierte Partikelgrößenverteilung	Erfordert kontrollierte inerte Atmosphäre
Fähigkeit zur Herstellung von nahezu netzförmigen Strukturen	Reaktiv bei hohen Temperaturen
Gut mischbar mit anderen Pulvern	Staubexplosionsgefahr muss beherrscht werden
Erzielt Materialeigenschaften, die der Masse näher kommen

Während kugelförmiges Titanpulver ermöglicht eine größere Prozessflexibilität, erfordert aber auch Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung zum Schutz vor Entzündung oder Explosion. Die Kosten sind höher als bei anderen Formen wie Feinschwamm.

FAQs

Wie hoch ist der typische Reinheitsgrad von kugelförmigem Titanpulver?

Bei Reintitanpulvern liegt der Reinheitsgrad bei einem Mindesttitangehalt von 99,5% gemäß den ASTM-Normen. Bei Legierungen wie Ti-6Al-4V liegt der Titangehalt bei über 90% mit spezifischen Bereichen für andere Elemente.

Welcher Größenbereich ist für die additive Fertigung am besten geeignet?

Für die meisten Titanpulver-Bettfusionsverfahren liegt der ideale Partikelgrößenbereich zwischen 45 und 100 Mikrometern. Kleinere Größen haben einen schlechten Fluss, während größere Größen die Auflösung beeinträchtigen. Normen wie ASTM F3049 enthalten Spezifikationen.

Beeinflusst die Kugelform die Eigenschaften der gedruckten Teile?

Ja, kugelförmige Partikel ergeben Drucke mit höherer Dichte und besserer Bindung zwischen den Partikeln, was zu besseren mechanischen Eigenschaften führt. Die Teile können Eigenschaften erreichen, die denen von massivem Titan nahe kommen.

Wie hoch ist die typische Produktionskapazität für kugelförmiges Titanpulver?

Die Kapazitäten der führenden Hersteller von sphärischem Titanpulver reichen derzeit von einigen hundert Tonnen pro Jahr bis zu über 2000 Tonnen pro Jahr. Es wird erwartet, dass die Kapazitäten erheblich ausgeweitet werden, um dem Wachstum der Metall-AM zu entsprechen.

Wie wird der Preis für kugelförmiges Titanpulver bestimmt?

Die Preisgestaltung hängt von der Zusammensetzung des Pulvers, dem Partikelgrößenbereich, der Produktionsmethode, dem Auftragsvolumen und den Marktbedingungen ab. Kleinere Größen (<45 μm) sind in der Regel 20-30% teurer als größere Größen, da die Verarbeitung schwieriger und die Nachfrage größer ist.

Schlussfolgerung

Sphärisches Titanpulver hat gegenüber anderen Formen von Titanpulvern deutliche Vorteile in Bezug auf Fließfähigkeit, Packungsdichte und Wiederholbarkeit bei der automatisierten Pulververarbeitung. Dies ermöglicht die Herstellung von nahezu endkonturierten Bauteilen mit hervorragenden Eigenschaften.

Verschiedene Gaszerstäubungstechniken ermöglichen die maßgeschneiderte Herstellung von Titanlegierungen und Partikelgrößenverteilungen für Herstellungsverfahren wie den 3D-Metalldruck, die auf der Pulverbettschmelztechnologie basieren.

Trotz höherer Preise führen die Vorteile der sphärischen Morphologie zu einer zunehmenden Verbreitung in allen Branchen, um die Anwendungsmöglichkeiten von Titanmetall über die konventionelle Verarbeitung hinaus zu erweitern. Die Entwicklung geht weiter und verbessert die Größenverteilung und die Legierungszusammensetzung, um die Eigenschaften weiter zu verbessern.

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