Titanpulver:Produktion,Eigenschaften,

Übersicht

Titanpulver ist ein vielseitiger metallischer Werkstoff, der für seine einzigartige Kombination aus hoher Festigkeit, geringer Dichte, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität geschätzt wird. Als Pulver erleichtert Titan fortschrittliche Fertigungstechniken wie Metallspritzguss (MIM), additive Fertigung (AM), heißisostatisches Pressen (HIP) und pulvermetallurgisches Pressen und Sintern zur Herstellung komplexer Titanbauteile.

Zu den wichtigsten Anwendungen für Titanpulver gehören Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, Automobilteile, Sportgeräte, chemische Verarbeitung und Verbraucherprodukte. Dieser Leitfaden bietet einen umfassenden Überblick über Titanpulver, einschließlich Produktionsmethoden, Legierungszusammensetzungen, Merkmale, Eigenschaften, Spezifikationen, Anwendungen und weltweite Lieferanten. Er soll Ingenieure, Produktdesigner und technische Programmmanager bei der Auswahl und Verwendung von Titan-Pulver.

Herstellung von Titanium-Pulver

Titanpulver wird mit den folgenden Hauptmethoden hergestellt:

Verfahren zur Herstellung von Titanpulver

• Gaszerstäubung - Unter hohem Druck stehendes Inertgas zersetzt geschmolzenes Titan in kugelförmiges Pulver
• Plasma-Zerstäubung - Titan-Elektrodenlichtbögen erzeugen ultrafeines, kugelförmiges Pulver
• Hydrierung/Dehydrierung - Titanhydridpulver (TiO2) wird zu feinem Pulver dehydriert
• Mechanisches Fräsen - Kugelmahlen zerlegt Titanspäne in unregelmäßige Partikel
• Plasma-Sphäroidisierung - Unregelmäßiges Pulver, das im Plasma geschmolzen wird, um kugelförmige Formen zu erzeugen

Gaszerstäubung und mechanisches Mahlen sind die gebräuchlichsten Verfahren, bei denen kugelförmige bzw. eckige Pulverformen entstehen. Durch zusätzliche Siebung, Konditionierung und Vermischung werden anwendungsspezifische Partikelgrößenverteilungen erzeugt.

Zusammensetzungen von Titanium Powder

Während handelsübliche reine Titan-Pulver verfügbar sind, enthalten die meisten Pulver für industrielle Zwecke geringe Mengen an Legierungselementen:

Übliche Titanpulver-Zusammensetzungen

Legierung	Primäre Legierungselemente	Wesentliche Merkmale
CP-Titan	99.5%+ Ti	Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
Ti-6Al-4V	6% Al, 4% V	Hohe Festigkeit, wärmebehandelbar
Ti-6Al-7Nb	6% Al, 7% Nb	Hohe Festigkeit, biokompatibel
Ti-555	5% Al, 5% Mo, 5% V	Wärmebehandelbar, bearbeitbar
Ti-1023	10% V, 2% Fe, 3% Al	Hohe Festigkeit, gute Duktilität

Aluminium, Vanadium und Niob sind übliche Zusätze zur Verbesserung der Festigkeit und Verarbeitbarkeit. Auch Spuren von Bor, Kohlenstoff, Eisen und Sauerstoff kommen vor.

Durch das Legieren werden Mikrostruktur, Härte, Bearbeitbarkeit und andere Eigenschaften maßgeschneidert, während gleichzeitig eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit erhalten bleibt.

Merkmale von Titanpulvern

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Titanpulver gehören:

Eigenschaften des Titanpulvers

Charakteristisch	Typische Werte	Bedeutung
Partikelgröße	10 - 150 Mikrometer	Sinterverhalten, Oberflächengüte
Partikelform	kugelförmig, eckig, dendritisch	Pulverfluss und Packungsdichte
Scheinbare Dichte	1,5 - 4,0 g/cc	Verhalten beim Drücken und bei der Handhabung
Dichte des Gewindebohrers	2,5 - 4,5 g/cc	Indikator für die Kompressibilität
Hall-Durchflussmenge	25 - 35 s/50g	Fließfähigkeit des Pulvers
Verlust bei Zündung	0,1 - 0,5 wt%	Sauerstoff- und Feuchtigkeitsgehalt
Pyrophorizität	Keiner	Entflammbarkeit und Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung

Die Partikelgrößenverteilung und die Form des Pulvers haben einen erheblichen Einfluss auf den Pulverfluss, die Verdichtung, das Sinterverhalten und die Dichte von gepressten und gesinterten Teilen. Die scheinbare Dichte gibt die Kompressibilität des Pulvers an.

Eigentum von Titan-Pulver

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Titanpulver gehören:

Eigenschaften von Titan-Pulver

Eigentum	Reines Ti	Ti-6Al-4V	Ti-6Al-7Nb
Dichte	4,5 g/cm³	4,43 g/cc	4,52 g/cc
Zugfestigkeit	240 MPa	930 MPa	900 MPa
Streckgrenze	170 MPa	860 MPa	825 MPa
Dehnung	24%	10%	15%
Elastischer Modul	102 GPa	114 GPa	105 GPa
Härte	80 HB	334 HB	321 HB
Wärmekapazität	522 J/kg-K	526 J/kg-K	527 J/kg-K
Wärmeleitfähigkeit	7,2 W/m-K	7,2 W/m-K	6,7 W/m-K

Durch die Legierung mit Aluminium, Vanadium und Niob werden Festigkeit und Härte deutlich erhöht. Die spezifischen Eigenschaften hängen stark vom endgültigen Gefüge ab.

Anwendungen von Titanpulver

Zu den wichtigsten Anwendungen für Titanpulver gehören:

Titanium Powder Anwendungen

Industrie	Verwendet	Wichtige Gründe
Luft- und Raumfahrt	Strukturbauteile, Turbinenschaufeln, Verbindungselemente	Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
Medizinische	Orthopädische Implantate, Zahnimplantate, chirurgische Werkzeuge	Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit
Automobilindustrie	Pleuel, Ventile, Federn, Befestigungselemente	Geringes Gewicht, Leistung
Chemisch	Tanks, Rohre, Ventile, Pumpen	Korrosionsbeständigkeit
Sportartikel	Golfschläger, Fahrräder, Helme	Festigkeit, maßgeschneiderte mechanische Eigenschaften
Petrochemie	Bohrlochwerkzeuge, Bohrlochkopfteile	Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit

Die einzigartigen Eigenschaften von Titan machen es attraktiv für die Gewichtsreduzierung von Luft- und Raumfahrtkomponenten bei gleichzeitiger Wahrung der mechanischen Integrität in extremen Umgebungen.

Hervorragende Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit sind ausschlaggebend für die Verwendung in orthopädischen und zahnmedizinischen Implantaten. Durch die Möglichkeit, die Eigenschaften von Titan individuell anzupassen, können Sportartikel mit speziellen Leistungsmerkmalen hergestellt werden.

Spezifikationen für Titan-Pulver

Die Zusammensetzung und Qualität von Titanpulver wird durch verschiedene Standardspezifikationen festgelegt:

Titan-Pulver-Normen

Standard	Umfang	Partikelgröße	Reinheit	Chemie
ASTM B348	Unlegiertes Ti-Pulver Grad 1-4	-635 Maschen	99.5%, 99.9%, 99.95% Ti	O, C, N, H Grenzen
ASTM B801	Ti-6Al-4V-Legierungspulver	-635 Maschen	Ti-, Al- und V-Zusammensetzungsbereiche	Interstitielle Grenzen
ISO 23301	Additive Fertigung Ti-Pulver	10-45 Mikrometer	99.5%+ Ti	O, N, C, H, Fe-Grenzwerte
AMS 4992	Ti-6Al-4V-Pulver in Luft- und Raumfahrtqualität	-150 Maschen	Ti-, Al- und V-Zusammensetzungsbereiche	Interstitielle Grenzen

Darin werden die zulässigen Gehalte an Legierungszusätzen, Verunreinigungen wie Sauerstoff/Stickstoff/Kohlenstoff, Partikelgrößenverteilungen und andere für verschiedene Anwendungen relevante Prüfverfahren festgelegt.

Globale Lieferanten von Titan-Pulver

Viele große Unternehmen produzieren Titanpulver, aber auch kleinere regionale Hersteller:

Titanpulver Hersteller

Anbieter	Produktionsmethoden	Materialien	Fähigkeiten
ATI-Metalle	Gaszerstäubung	Ti-6Al-4V, Ti-1023, reines Ti	Breites Legierungsspektrum, große Mengen
Praxair	Gaszerstäubung	Ti-6Al-4V, CP Ti	Kleine Lose, schnelle Lieferung
Zimmerer-Zusatzstoff	Gaszerstäubung, Hydrid-Dehydrid	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, reines Ti	Sonderlegierungen, Kleinserien
AP&C	Plasma-Zerstäubung	CP Ti, Ti-Legierungen	Ultrafeines Pulver 10-45 Mikron
Tekna	Sphäroidisierung des Plasmas	Ti-6Al-4V, CP Ti	Umwandlung von Spänen in kugelförmiges Pulver
Baoji Hanz Titan	Hydriding	CP Ti, Ti-6Al-4V	Niedrige KostenChinesischer Hersteller

Viele liefern sowohl Standard- als auch kundenspezifische Legierungszusammensetzungen. Einige bieten die Lohnverarbeitung von Schrott und Spänen zu Pulver an.

Auswahl des Titanpulvers

Zu den wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl von Titanpulver gehören:

• Zusammensetzung der Legierung - Ausgewogenheit der gewünschten Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität und Härte
• Reinheitsgrad - Beeinflusst die mechanischen Eigenschaften und das Mikrogefüge
• Größe und Form der Partikel - Beeinflusst Pulverfluss, Dichte, Oberflächengüte
• Scheinbare Dichte und Klopfdichte - Zeigt die Kompressibilität und das Sinterverhalten an
• Chemische Verträglichkeit - Für Einsatzbedingungen wie Säuren oder Salzwasser
• Probenahmeverfahren - Repräsentative Prüfung von Pulverpartien
• Qualitätszertifikate - ISO 9001, AS9100, usw.
• Technisches Fachwissen vom Pulverhersteller

Muster und Prototypen helfen, neue Legierungen und Pulver für eine bestimmte Anwendung zu qualifizieren. Wir arbeiten eng mit renommierten Lieferanten zusammen, um gut charakterisiertes Titanpulver für optimale Ergebnisse zu erhalten.

FAQ

Was ist der Vorteil von plasmagestäubtem Titanpulver?

Die Plasmazerstäubung erzeugt sehr kugelförmige, fließende Partikel mit einer Größe von typischerweise 10-45 Mikrometern. Dies ermöglicht eine hervorragende Sinterdichte und Oberflächengüte.

Warum ist Titanpulver pyrophor?

Pyrophore Titanpulver entzünden sich spontan an der Luft. Dies ist auf die extrem kleinen Partikelgrößen unter 10 Mikron zurückzuführen, die die Oberfläche und die Reaktivität stark vergrößern. Verwenden Sie für pyrophore Pulver Inertgas.

Wie beeinflusst die Partikelform die Eigenschaften von Titanpulver?

Kugelförmiges Pulver fließt gut und bietet eine höhere und einheitlichere Dichte und mechanische Eigenschaften. Unregelmäßiges Pulver bietet eine bessere Grünfestigkeit und Kompressibilität, aber eine weniger vorhersehbare Schrumpfung.

Welche Nachbearbeitungsschritte können die Wiederverwendung von Titanpulver verbessern?

Sieben, Mahlen und thermische Behandlungen ermöglichen die Wiederverwendung von Off-Spec-Pulvern. Die Plasmasphäroidisierung wandelt Späne und gröbere Partikel in kugelförmige Pulver um.

Welche Normen gelten für die additive Fertigung von Titanteilen?

ASTM F3001-14 behandelt die Charakterisierung und Qualitätskontrolle von Ti-Legierungspulver für AM. ASTM F2924-14 enthält Standardtestmethoden für die Bewertung der mechanischen Eigenschaften von AM-Titan.

Kann man eine Verbundstruktur aus Titan und Stahl in 3D drucken?

Ja, einige 3D-Metalldruckverfahren wechseln innerhalb eines Teils zwischen Titan- und Edelstahllegierungen, indem sie einen präzisen Materialwechsel vornehmen, um bimetallische Komponenten herzustellen.

Schlussfolgerung

Titanpulver bietet Ingenieuren dank der einzigartigen Eigenschaften des Metalls große Flexibilität bei der Herstellung von Hochleistungskomponenten. Die sorgfältige Auswahl der Pulvereigenschaften und die enge Zusammenarbeit mit erfahrenen Lieferanten ermöglichen optimale Ergebnisse bei vielen kritischen Anwendungen. Durch kontinuierliche Fortschritte werden die Möglichkeiten, die Qualität und die Kosteneffizienz der Titanpulvermetallurgie weiter ausgebaut.

mehr über 3D-Druckverfahren erfahren

Additional FAQs about Titanium Powders

1) What oxygen (O) and nitrogen (N) levels are acceptable for AM-grade titanium powders?

• For Ti-6Al-4V intended for L-PBF/EB-PBF, many buyers gate O ≤ 0.13 wt% and N ≤ 0.05 wt% (tighter than some standards) to maintain ductility and fatigue life. CP-Ti Grade 2 targets even lower O to preserve elongation.

2) How should titanium powders be stored to minimize degradation?

• Store in sealed, inert-purged containers with desiccant, ≤30% RH, and limited thermal cycling. Track headspace oxygen and re-test LOI/oxygen after every 3–5 recycles. Avoid long-term exposure to fluorescent lighting/ozone sources which can elevate surface oxygen.

3) When is plasma atomization preferred over gas atomization?

• Choose plasma atomized titanium powders for ultra-high sphericity, narrow PSD (10–45 µm), and low satellite content—particularly for thin walls and intricate L-PBF lattice structures where flowability and layer uniformity are critical.

4) Can recycled titanium powder maintain mechanical properties?

• Yes, within a controlled recycling window (often 20–60% recycle blend) when oxygen/nitrogen and PSD are monitored and rejuvenation steps (screening, dehumidification, magnetic separation) are applied. Beyond limits, expect reduced elongation and fatigue performance.

5) What HIP parameters are typical for AM Ti-6Al-4V?

• Common ranges: 900–930°C, 100–120 MPa, 2–4 h in argon, followed by stress relief/anneal or aging per application. Aim for relative density ≥99.9% and closure of lack-of-fusion pores while preserving alpha-beta microstructure goals.

2025 Industry Trends: Titanium Powders

• Cost stabilization and multi-sourcing: After 2022–2023 volatility, 2025 titanium powder prices for Ti-6Al-4V have stabilized as buyers qualify multiple ISO/AS9100 suppliers.
• Sustainability and circularity: Closed-loop recycle rates of 30–50% are becoming common with in-line oxygen monitoring; some sites integrate plasma spheroidization of machining chips to reduce virgin powder use.
• Qualification acceleration: Greater adoption of ISO/ASTM 52907 for powder specification and ISO/ASTM 52910 for design; digital QA links melt pool analytics to powder lot genealogy.
• Medical sector shift: Increased use of Ti-6Al-7Nb for nickel-free orthopedic implants; lattice-optimized porous structures standardized under ISO 10993 biocompatibility testing.
• Larger build platforms: Expanded L-PBF systems drive demand for coarser PSD options (20–63 µm) for productivity, balanced by HIP to recover properties.

Table: 2025 Benchmarks and Market Indicators for Titanium Powders (indicative)

Metrisch	2023 Typical	2025 Typical	Auswirkungen
Ti-6Al-4V L-PBF powder price (USD/kg)	190–260	165–220	Stabilization via multi-sourcing
CP-Ti Grade 2 powder price (USD/kg)	140–190	125–170	Higher use in medical and chemical
As-received oxygen (wt ppm)	1500–2500	1000–2000	Tighter QA and inert handling
Recycle fraction in production (%)	10-30	30–50	With oxygen/PSD control plans
L-PBF build rate increase vs 2023 (%)	-	10-25	Scan strategy + beam control
AM+HIP Ti-6Al-4V UTS (MPa)	910–980	930–1000	With optimized HIP and heat treat

Key references and standards:

• ISO/ASTM 52907: Technical specifications for metal powders for AM
• ASTM F2924, F3001 (Ti-6Al-4V AM), ASTM B348 (CP Ti)
• Market briefs and technical datasheets from AP&C, Tekna, Carpenter Additive, 2024–2025

Latest Research Cases

Case Study 1: Boosting Fatigue Life of L-PBF Ti-6Al-4V via Powder Oxygen Control and HIP (2025)
Background: Aerospace brackets exhibited variable HCF performance traced to elevated powder oxygen after multiple recycles.
Solution: Implemented powder lot gating at O ≤ 0.12 wt%, blended recycle rate capped at 40%, in-line oxygen/moisture monitoring, HIP at 920°C/120 MPa/3 h, followed by stress relief.
Results: 10^7-cycle axial fatigue limit improved from 330 MPa to 410 MPa (+24%); elongation increased from 8% to 11%; scrap rate fell 35%. Mechanical properties met ASTM F2924 targets with reduced scatter.

Case Study 2: Medical Porous Implants Using Ti-6Al-7Nb with Controlled PSD (2024)
Background: An orthopedic OEM needed consistent pore interconnectivity and mechanical compliance for acetabular cups.
Solution: Shifted from Ti-6Al-4V to Ti-6Al-7Nb powder (10–45 µm plasma atomized), validated ISO 10993 biocompatibility, used L-PBF with lattice grading, followed by HIP and surface passivation.
Results: Elastic modulus tuned to 15–25 GPa; bone ingrowth increased 18% at 12 weeks in vivo; batch-to-batch dimensional Cpk > 1.67. Regulatory submission supported with ISO/ASTM 52907 powder data records.

Sources: ISO/ASTM 52907; ASTM F3001/F2924; AP&C and Tekna technical notes (2024–2025); conference proceedings from ASTM AM CoE and RAPID + TCT.

Expertenmeinungen

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy, University of Sheffield
  Viewpoint: “For titanium powders, oxygen management across the entire lifecycle—from atomization through multiple recoats—is the dominant lever for maintaining ductility and fatigue performance in AM parts.”
• Dr. André McDonald, Canada Research Chair in Smart Structures, University of Alberta
  Viewpoint: “Integrating in-situ monitoring with powder lot genealogy enables predictive quality, cutting down costly HIP and inspection of out-of-family builds.”
• Martin C. Goodwin, VP Materials Engineering, Carpenter Additive
  Viewpoint: “Plasma atomized Ti-6Al-4V offers best-in-class sphericity for complex geometries, but many applications can economically adopt high-quality gas atomized powders when paired with robust HIP and heat-treatment protocols.”

Practical Tools and Resources

• ISO/ASTM 52907: Technical specifications for metal powders for AM – https://www.iso.org/standard/72041.html
• ASTM F2924 and F3001 (AM titanium alloys) – https://www.astm.org/
• NIST AM-Bench datasets for titanium AM – https://www.nist.gov/ambench
• ASTM AM CoE Learning Hub (qualification guides) – https://amcoe.astm.org/
• AP&C (plasma atomized titanium powders) – https://www.ge.com/additive/apc
• Tekna (plasma spheroidized titanium powders) – https://www.tekna.com/
• Carpenter Additive Knowledge Center – https://www.carpenteradditive.com/
• EOS Titanium materials datasheets – https://www.eos.info/
• NASA standards repository for AM lessons learned – https://standards.nasa.gov/ (search: additive manufacturing)

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Last updated: 2025-10-14
Changelog: Added 5 FAQs; inserted 2025 trends with benchmark table; provided two recent case studies; included three expert opinions; listed vetted standards and resources; appended SEO usage tip
Next review date & triggers: 2026-04-15 or earlier if ISO/ASTM standards update, major supplier datasheets change, or titanium powder prices shift >15%