Titan-Molybdän-Legierungspulver

Pulver aus Titan-Molybdän-Legierungen Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit und Kriechbeständigkeit für Leichtbaukonstruktionen in der Luft- und Raumfahrt. Dieser Leitfaden gibt einen Überblick über die Zusammensetzung von TiMo-Legierungspulver, die wichtigsten Eigenschaften, Produktionsmethoden, geeignete Anwendungen, Spezifikationen, Kaufüberlegungen, Anbietervergleiche und Vor- und Nachteile.

Pulver aus Titan-Molybdän-Legierungen Typische Zusammensetzung

Legierungssorte	Titan (%)	Molybdän (%)
Ti-6Al-7Nb (IMI 550)	Bilanz	7%
Ti-15Mo-3Nb-3Al-0,2Si	Bilanz	15%
Ti-11,5Mo-6Zr-4,5Sn (Ti-11)	Bilanz	11.5%
Ti-15Mo-5Zr-3Al	Bilanz	15%

Molybdängehalte zwischen 7% und 15% sorgen für eine Verstärkung bei hohen Temperaturen. Andere Elemente wie Niob, Zirkonium und Zinn verbessern die Kriecheigenschaften zusätzlich.

Merkmale und Eigenschaften

Attribut	Einzelheiten
Partikelform	Sphärisch durch Inertgasverdüsung
Sauerstoff ppm	Weniger als 500 ppm
Typische Dichte	4,5 g/cm³
Wärmeleitfähigkeit	4-6 W/mK
Hohe Temperaturbeständigkeit	100 MPa bei 500°C
Korrosionsbeständigkeit	Bildet schützende TiO2-Schicht

Die partikuläre Beschaffenheit, der niedrige Sauerstoffgehalt und die maßgeschneiderten Zusammensetzungen eignen sich für Legierungspulver zur additiven Fertigung oder zum Sintern von Hochleistungskomponenten.

Produktionsmethoden

Methode	Prozessbeschreibung
Gaszerstäubung	Inertes Gas zersetzt geschmolzenen Legierungsstrom in Pulver
Plasma-Zerstäubung	Sehr sauberer, aber geringerer Pulverausstoß im Vergleich zur Gaszerstäubung
PREP	Sphäroidisierung von vorhandenen Pulvern durch Umschmelzen
Hydrid-Dehydrid	Sprödes TiH2-Zwischenprodukt für die Zerkleinerung

Plasma und Gaszerstäubung bieten die beste Qualität, sind aber teurer als sekundäre Verfahren wie PREP und HDH.

Anwendungen von TiMo-Legierungspulver

Industrie	Beispiele für Komponenten
Luft- und Raumfahrt	Turbinenschaufeln, Gehäuse, Fahrwerke
Stromerzeugung	Wärmetauscher, Dampfrohrleitungen
Chemische Verarbeitung	Bioreaktoren, Reaktionsgefäße
Marine	Propellerwellen, Sonarkuppeln
Öl- und Gasbohrungen	Werkzeuge und Schächte für geothermische Bohrungen

Die Kombination aus hoher Festigkeit, geringem Gewicht und Korrosionsbeständigkeit eignet sich für TiMo-Legierungen in anspruchsvollen Umgebungen wie Flugzeugmotoren oder Offshore-Bohrungen.

Spezifikationen

Standard	Abgedeckte Klassenstufen
ASTM B862	Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-8Al-1Mo-1V, Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo
ASTM B348	Stangen und Knüppel aus Titan und Titanlegierungen
AIMS 04-18	Standard für AM-Teile aus Titan

Das AMPM (American Powder Metallurgy) Institute und die IPS (International Powder Metallurgy Standards Organization) decken ebenfalls verschiedene Ti-Sorten ab.

Globale Anbieter und Preisspanne

Unternehmen	Vorlaufzeit	Preisgestaltung
TLS Technik	16 Wochen	$300 - $900/kg
Sandvik	12 Wochen	$350 - $1000/kg
Atlantic Ausrüstung	14 Wochen	$320 - $850/kg

Preis für eine Charge von 100+ kg. Prämie für sauerstoffarmes und kugelförmiges Pulver. Größere Mengen über 500 kg bieten 20%+ Rabatte.

Pro und Kontra

Vorteile	Herausforderungen
https://www.slm-solutions.com/company/about-us/	Hohe Rohstoffkosten
Korrosionsbeständig in vielen Umgebungen	Längere Vorlaufzeiten für kundenspezifische Legierungen
Flexibilität bei der Gestaltung kundenspezifischer Legierungen	Begrenzte globale Lieferkette gegenwärtig
Kompatibel mit Pulver-AM-Verfahren	Nachbearbeitung oft erforderlich nach AM
Ausgezeichnete Kriechfestigkeit	Strenge Anforderungen an Sauerstoff/Stickstoff

TiMo-Pulver ermöglichen neue Komponentendesigns und Leichtbau, doch die Verwendung von Titanlegierungen stellt besondere Anforderungen an die Pulverherstellung und -handhabung.

FAQ

Welcher Partikelgrößenbereich ist für den Binderjet-3D-Druck optimal?

Etwa 30 bis 50 Mikrometer ermöglichen eine höhere Pulverbettdichte und eine effiziente Flüssigkeitssättigung, die für eine gute Bindung der Schichten erforderlich ist. Zu feine Pulver beeinträchtigen die Leistung.

Was verursacht Verunreinigungen bei der Gaszerstäubung von Ti-Legierungen?

Die Aufnahme von Sauerstoff aus Luftlecks beeinträchtigt die Reinheit des Pulvers, weshalb strenge Prozesskontrollen erforderlich sind. Ofentrennmittel und Schmelztiegel sind weitere Kontaminationsquellen, die hochreine Verbrauchsmaterialien erfordern.

Warum ist ein hoher Mo-Gehalt in Ti-Basis-Legierungen schwierig zu erreichen?

Übermäßige Verdampfungsverluste von Molybdän treten oberhalb von 25% während des Vakuuminduktionsschmelzens und der nachfolgenden Umschmelzschritte auf. Zu den Abhilfemaßnahmen gehören das Abdecken von Schmelzbecken oder der Einsatz von Kalttiegeln.

Wie sollte Titanpulver gelagert werden?

In versiegelten Behältern unter inertem Schutzgas oder Vakuum. Handhabung und Lagerung so, dass Feuchtigkeitsaufnahme, die zu Dekrepitation und hoher Osyggen- oder Stickstoffverunreinigung führt, ausgeschlossen ist.

Was sind häufige Fehler beim AM-Druck von Titanlegierungen?

Porosität durch eingeschlossene Gasatome, fehlende Schmelzdefekte, Eigenspannungsrisse, eingeschlossenes ungeschmolzenes Pulver in geschlossenen Volumina. Erfordert eine integrierte Parameteroptimierung unter Berücksichtigung der Scan-Strategie, des Energieeinsatzes usw.

Schlussfolgerung

Zusammengefasst, Pulver aus Titan-Molybdän-Legierungen bieten maßgeschneiderte Hochtemperatureigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, die für die Herstellung von Bauteilen der nächsten Generation in der Luft- und Raumfahrt, im Energiesektor und in anderen anspruchsvollen Branchen mittels Pulvermetallurgie oder additiver Fertigung unerlässlich sind.

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Additional FAQs on Titanium Molybdenum Alloy Powders

1) What oxygen and hydrogen limits should I target for AM-grade Ti‑Mo powders?

• For fatigue-critical parts, aim for O ≤0.15 wt% (≤1500 ppm) and H ≤0.012 wt%. Premium aerospace lots often specify O ≤0.12 wt% and tight N control (≤0.03 wt%).

2) Which particle size distribution works best for LPBF vs. LMD?

• LPBF: 15–45 μm or 20–53 μm cuts with high sphericity (≥0.92) for stable recoating. LMD: 45–105 μm (or 63–90 μm) to match nozzle focus and achieve consistent melt pools.

3) How does Mo content influence microstructure and heat treatment?

• Mo is a strong β stabilizer, promoting β or metastable β microstructures. Higher Mo raises hardenability, suppresses martensite, and can reduce α′ formation, enabling improved creep but requiring tailored stress relief and aging schedules.

4) Are Ti‑Mo alloys weldable after AM?

• Yes, generally weldable with laser or electron-beam, but preheat/interpass temperature control limits cold cracking. Post-weld heat treatment can restore ductility and homogenize β-rich regions.

5) What powder handling precautions are critical for Ti‑Mo?

• Treat as combustible metal powder: inert handling, grounded equipment, humidity control (<30–40% RH), sealed transfer and sieving under argon/nitrogen, and compliance with NFPA 484 for storage and dust collection.

2025 Industry Trends for Titanium Molybdenum Alloy Powders

• β‑titanium focus: Growing adoption of Ti‑Mo and Ti‑Mo‑Zr‑Nb chemistries for high-temperature, fatigue, and biomedical elasticity tuning.
• Supply chain maturation: More regional atomization capacity for reactive alloys; shorter lead times with digital powder passports (chemistry, O/N/H, PSD, reuse history).
• Cost reduction routes: Hybrid HDH feedstock followed by plasma spheroidization achieving AM-ready sphericity at lower cost.
• Qualification playbooks: Emerging OEM parameter windows for Ti‑15Mo variants in LPBF and LMD, including HIP and aging recipes.
• Sustainability: Closed-loop argon recovery and higher recycled Ti feed without exceeding interstitial limits.

2025 Snapshot: Ti‑Mo Powder and Process Benchmarks (indicative)

Metrisch	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical O content (wt%) AM-grade	0.12–0.18	0.10–0.16	0.09–0.15	Improved inert handling
Sphericity (image analysis)	0.90–0.95	0.92–0.96	0.93–0.97	Gas/plasma atomized
LPBF as-built density (%)	99.5–99.9	99.6–99.95	99.7–99.95	Optimized scan strategies
Powder lead time (weeks, 100–300 kg)	12–20	10–16	8–14	Added regional capacity
Price trend vs. 2022 (Ti‑15Mo AM-grade)	+12–18%	+8–12%	+4–9%	Energy and sponge indices

References: ISO/ASTM 52907/52920/52930; ASTM B348, B862; emerging OEM application notes for β‑Ti alloys; NIST AM Bench; NFPA 484.

Latest Research Cases

Case Study 1: LPBF of Ti‑15Mo with Low Oxygen Drift for Hot-Section Brackets (2025)

• Background: An aero supplier needed creep-capable, lightweight brackets operating at 450–500°C; prior lots showed oxygen rise after multiple powder reuses.
• Solution: Qualified Ti‑15Mo powder (20–53 μm, sphericity ≥0.95) with sealed inert conveying and nitrogen-blanketed sieving; implemented bed preheat and contour-hatch strategies; post-build HIP (920°C/2 h) and aging.
• Results: As-built density 99.9%; O drift per reuse cycle −50% vs baseline; 500°C tensile strength improved from 90 MPa to 115 MPa; creep strain at 100 MPa/500°C over 100 h reduced by 35%.

Case Study 2: LMD Repair of Ti‑Mo‑Zr Components in Chemical Processing (2024)

• Background: A plant experienced erosion-corrosion on Ti‑11.5Mo‑6Zr‑4.5Sn pump housings; conventional weld repairs caused distortion.
• Solution: Deployed LMD with 63–90 μm powder, closed-loop melt-pool control, and interpass temperature limits; performed stress relief at 700°C.
• Results: Dilution ≤7%; dimensional restoration within ±0.1 mm; corrosion rate in chloride media matched baseline after heat treatment; MT/PT inspection showed zero repair-related cracks; time-to-service −40% vs weld overlay.

Expertenmeinungen

• Prof. Hamish L. Fraser, Professor of Materials Science and Engineering, The Ohio State University
• Viewpoint: “Molybdenum’s β‑stabilizing effect in titanium enables creep resistance without excessive density penalties—AM makes these microstructures more controllable via scan and heat schedules.”
• Dr. Christina M. Lomasney, Materials Scientist and AM Advisor
• Viewpoint: “Powder genealogy and interstitial control are decisive for Ti‑Mo—oxygen management from atomization through reclaim directly correlates with fatigue and creep outcomes.”
• Dr. Moataz Attallah, Professor of Advanced Materials Processing, University of Birmingham
• Viewpoint: “Process-structure-property maps for β‑Ti in LPBF and LMD are maturing; combining HIP with targeted aging is key to unlocking stable performance.”

Practical Tools and Resources

• Standards and guidance
• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), 52920/52930 (qualification/quality): https://www.iso.org
• ASTM B862/B348 (Ti alloy products), ASTM F3301 (PBF process control): https://www.astm.org
• Metrology and data
• NIST AM Bench datasets; oxygen/nitrogen/hydrogen by inert gas fusion (LECO methods)
• Sicherheit
• NFPA 484 for combustible metal powders; ANSI Z136 for laser safety
• Process know-how
• OEM parameter notes for β‑Ti in LPBF/LMD (EOS, SLM Solutions, GE Additive, TRUMPF)
• Powder QA: PSD (ASTM B822), flow (ASTM B213/B964), apparent/tap density (ASTM B212/B527)
• Materials databases
• ASM Handbooks Online; Materials Project for phase stability insights; peer-reviewed β‑Ti alloy literature

Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 focused FAQs; included a 2025 KPI table for Ti‑Mo powders; provided two case studies (LPBF Ti‑15Mo low-O drift; LMD repair of Ti‑Mo‑Zr); added expert viewpoints; linked standards, safety, QA, and data resources
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ISO/ASTM standards update, major supplier capacity changes, or new Ti‑Mo AM parameter/heat-treatment data revises creep and fatigue guidance