球状チタン粉 チタンは、その高い強度対重量比と耐食性、生体適合性により、航空宇宙、医療、自動車、その他の要求の厳しい用途において魅力的なエンジニアリング材料となっています。その高い強度対重量比、耐食性、生体適合性により、チタンは航空宇宙、医療、自動車、その他の要求の厳しい用途において魅力的なエンジニアリング材料となっています。

本ガイドは、金属AMまたはプレス・アンド・シンター加工用の球状チタン粉末の組成、製造方法、仕様、用途、価格、および調達に関する考慮事項を網羅しています。

種類 球状チタン粉末の

組成と処理に基づき、球状チタン粉末は以下のように分類される：

タイプ	説明
CP（商業純チタン	99.5%以上、格子間元素不純物の少ない純チタン
Ti-6Al-4V	6%のアルミニウムと4%のバナジウムを加えたチタン合金で強度を確保
プレアロイ・パウダー	均質なTi-6-4組成の固体球状粒子
ブレンド・エレメンタル	純チタン、アルミニウム、バナジウム粉末の混合物

機械的特性、耐食性、チタン部品用途の予算ニーズに合ったグレードをお選びください。

生産方法

• プラズマ霧化 - 高エネルギーのプラズマトーチが原料を溶融。強力な誘導コイルが液滴スプレーを生成し、チタンスフェロイドに凝固。粉体の流動性と充填密度が高く、粒子分布が最も狭い。
• ガス噴霧 - プラズマエネルギーの代わりに加圧された不活性ガスジェットを使用して、溶融チタンストリームを微細な液滴に霧化する同様のプロセス。より低出力のプロセスですが、粒子径はより大きくなります。
• 回転電極プロセス - 回転電極による遠心力で溶融チタンを液滴に分解。小さな粒子径を実現狭い分布で高速生産が可能。

温度、圧力、ガスフローなどのプロセスパラメータを制御することにより、チタン金属製造に好ましい球状の無孔質粉末を得ることができる。

構成 の 球状チタン粉

グレード	チタン（Ti）	アルミニウム（Al）	バナジウム (V)	鉄（Fe）	酸素 (O)
CPグレード1	98.9%分	0.3%最大	最大0.2%	0.3%最大	最大0.18%
CPグレード2	98.6%分	0.3%最大	最大0.1%	0.3%最大	最大0.25%
CPグレード4	97.5%分	0.3%最大	最大0.1%	最大0.5%	最大0.40%
Ti-6Al-4V	ベース	5.5-6.75%	3.5-4.5%	0.3%最大	最大0.13%

低酸素、低窒素、炭素、鉄、クロムの制限を厳しく管理することで、耐食性と延性を維持します。グレードの選択は、様々な用途に必要な特性と合金コストのバランスを取ります。

代表的な仕様

パラメータ	価値	試験方法
純度	>99%チタン	ASTM E2371、ICP分析
粒子形状	球面 >92%	顕微鏡検査
タップ密度	2.7-3.7 g/cc	ホール流量計
粒子径	15-45 μm	レーザー回折
酸素(O)	<2000ppm未満	不活性ガス融解
窒素(N)	<400 ppm	不活性ガス融解
水素(H)	<150 ppm	不活性ガス融解
流量	50μm用>95%	ホール流量計

購入前に、標準グレードの要件と、これらの測定基準にわたる一貫した性能を確認するサプライヤーからの統計バッチ証明書を確認する。

機械的特性

合金	極限引張強さ (ksi)	降伏強さ（ksi）	エロンゲーション（%）
CPグレード1	130	120	20%
CPグレード2	150	140	18%
Ti-6Al-4V	160	150	10%

目標の材料強度を達成するには、熱間静水圧プレスや熱処理などの熱後加工を最適化する必要があります。グレードを必要な特性に合わせる

メタルAMアプリケーション

球状チタン粉末を使用した主要金属添加部品：

• 航空宇宙機体ブラケット、翼リブ、エンジンマウント - 高強度、軽量
• 医療・歯科: 人工股関節、人工膝関節、人工脊椎インプラント、生体適合性手術器具
• 自動車コネクティングロッド、ターボチャージャー部品-耐熱性、耐食性
• 消費者メガネフレーム、スポーツギア、時計ボディ - 美的品質
• 工業用：バルブ、ポンプなどの流体処理部品、船舶用ハードウェア、熱交換器

高い比強度を活かし、Ti6-4のような合金を、各業界の厳しい生産環境向けに調整します。

業界仕様

• ASTM F1580 - 外科インプラント用鍛造チタン6-アルミニウム4-バナジウム合金
• ASTM B348 - チタンおよびチタン合金の棒、線、粉末および鍛造用素材規格
• AMS 4999 - チタン合金粉末製造のための組成限界
• ISO 23304 - 積層造形プロセスに使用される金属粉末

統計的に検証されたバッチ証明書をレビューし、粉末ロットの品質が認証に適合していることを確認する。

品質への配慮

メートル	可	試験方法
タップ密度	≥2.7 g/cc 以上	ホール流量計
流量	≥95% 45μmふるい用	ホール流量計
粒子形状	≥92%球面	顕微鏡検査
粒度分布	ASTM B348による	レーザー回折
主な格子間物質（O、H、N）	<2000; <150; <400ppm。	不活性ガス核融合

粉末の品質属性は、最終的な焼結部品の材料強度、表面仕上げ、欠陥率に直接関連します。

価格帯

グレード	粒子径	kgあたりの価格
CPグレード1	15-45ミクロン	$50-$150
Ti-6Al-4V	15-45ミクロン	$55-$200
Ti-6Al-4V ELI	10～75ミクロン	$250-$750

価格は純度、粉末サイズ、生産量、地域要因によって異なります。お客様の用途に特化した、候補となったベンダーからしっかりとした予算見積もりを入手してください。

購入時の注意

パラメータ	重要性
品質認証	高い
一貫性	高い
部品資格データ	ミディアム
テクニカルサポート	ミディアム
サンプリング	低い
価格要因	低い

よくあるご質問

Q: チタンパウダーのケーキングとは何ですか？

A: 粉末粒子が集まって部分的に焼結した凝集体をケーキングと呼びます。流動性と充填密度を妨げます。時間の経過とともにチタン粒子間のケーキングを可能にする湿気や酸素吸収の副反応を防ぐため、乾燥剤とともに密閉容器で保管してください。

Q: チタンパウダーによる健康被害はありますか？

A: ほとんどの微細金属粉末と同様に、取り扱い中の吸入は避けてください。感受性の問題を除けば、チタンパウダーは比較的不活性で無毒性であり、外部との接触や摂取事故のリスクは低いと考えられています。保管中、輸送中、加工中は適切な保護具と手順を使用してください。

Q: チタンパウダーの正しい保管方法は？

A: 酸化を防ぐため、容器はデシカントバッグで気密に密閉する。温度変化は10～30℃に抑える。水素脆化のような劣化を示す光沢のある灰色から変色した場合は廃棄する。適切に保管すれば5年以上の保存が可能。

Q: チタンパウダーは特別な輸送や取り扱いが必要ですか？

A: 非危険物、不燃物に分類される。極端な暑さや寒さの中での輸送は避ける。漏出や汚染を防ぐため、パッケージはしっかりと固定する。高純度の研究用グレードには、ゲルパック付きの特別なコールドシッパーが利用できる。

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Additional FAQs about spherical titanium powder (5)

1) What PSD and morphology are optimal for LPBF vs. binder jetting?

• LPBF typically uses 15–45 μm or 20–63 μm, highly spherical (>90% roundness), low satellites, O2 ≤ 1500 ppm. Binder jetting favors finer medians (Dv50 ≈ 15–25 μm) with controlled fines (<10% <10 μm) to maximize green density.

2) How do oxygen, nitrogen, and hydrogen impact mechanical properties?

• Interstitials embrittle titanium. Keep O ≤ 0.13–0.20 wt% (grade‑dependent), N ≤ 0.04 wt%, H ≤ 0.015 wt% for Ti‑6Al‑4V. Elevated H promotes delayed cracking; O increases strength but lowers elongation and fracture toughness.

3) Which atomization route yields the cleanest spherical titanium powder?

• PREP and EIGA typically deliver the lowest oxygen/contamination and highest sphericity, ideal for medical and aerospace. Plasma atomization also achieves excellent shape with competitive cleanliness. Conventional gas atomization is less common for Ti due to reactivity.

4) What storage and reuse practices maintain powder quality in AM?

• Use inert, desiccated storage (<2% RH), nitrogen/argon backfilled containers, and track reuse cycles. Sieve to spec each cycle, measure O/N/H (ASTM E1409/E1019) and flow/tap density; refresh 10–30% virgin powder when interstitials or fines rise.

5) How does Ti‑6Al‑4V ELI differ from standard Ti‑6Al‑4V powders?

• ELI (Extra Low Interstitials) has tighter O/N/H limits to improve toughness and fatigue, required for many implants (ASTM F3001). Expect higher price and stricter CoA requirements, including bioburden and cytotoxicity documentation for medical use.

2025 Industry Trends for spherical titanium powder

• Cleaner feedstocks for implants: Wider adoption of EIGA/PREP and argon recovery systems to cut O/N and CO2e per kg powder.
• Cost optimization: Regional atomization capacity increases reduce Ti‑6Al‑4V premiums; more vendors offer recycle/repowder services with analytical verification.
• Process windows narrowing: LPBF parameter sets tuned for lower porosity at 30–60 μm layer thickness using contour + core strategies; in‑situ monitoring correlates spatter/optic signals to density.
• Copper‑alloyed Ti and beta‑Ti R&D: Interest grows for antimicrobial surfaces (Ti‑Cu) and high‑toughness beta grades in lattice energy absorbers.
• Regulatory alignment: Greater use of ISO/ASTM 52907 feedstock requirements on purchase orders, and tighter traceability of powder reuse for medical/aerospace parts.

2025 snapshot: spherical titanium powder metrics

メートル	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical O in Ti‑6Al‑4V (wt%) AM grade	0.12–0.18	0.11–0.16	0.10–0.15	LECO trends from suppliers
LPBF relative density (Ti‑6Al‑4V, tuned)	99.5–99.8%	99.6–99.9%	99.7–99.95%	CT/metallography
As‑built Ra, vertical walls (μm)	12–18	10–16	9–14	Skin scan + powder shape
Powder price Ti‑6Al‑4V AM (USD/kg)	180–300	160–280	140–260	Regional capacity up
Sites using argon recovery (%)	25–35	35–45	45–55	ESG/EPD reports
Typical refresh rate per build (%)	15-30	12–25	10–22	Better sieving/analytics

References:

• ISO/ASTM 52907 (feedstock quality), ASTM F2924/F3001 (Ti‑6Al‑4V AM), ASTM E1409/E1019 (O/N/H), ASM Handbook; supplier technical datasheets and peer‑reviewed AM studies

Latest Research Cases

Case Study 1: PREP Ti‑6Al‑4V ELI for LPBF Spinal Cages (2025)
Background: A medical OEM needed higher fatigue life and tighter pore geometry in ELI cages.
Solution: Switched to PREP powder (O = 0.11 wt%, D10/50/90 = 18/32/46 μm), implemented contour‑skin strategy and 200–350°C build plate preheat; post‑processed with HIP + stress relief per ASTM F3001.
Results: Relative density 99.92%; HCF life +24% vs baseline; pore size CV −18%; first‑pass yield 98.4%; CoA compliance improved audit time by 30%.

Case Study 2: EIGA CP‑Ti for Binder Jetting Heat Exchanger Cores (2024)
Background: An energy startup targeted lightweight CP‑Ti BJ cores with leak‑tight channels.
Solution: Used EIGA CP‑Ti (Dv50 ≈ 22 μm), solvent‑free binder, debind under N2 and sinter in high‑purity H2 (dew point < −60°C); applied voxel shrink‑compensation map.
Results: Sintered density 98.3% without HIP; helium leak rate <1×10⁻⁹ mbar·L/s; thermal effectiveness +11% vs Al baseline at equal mass.

専門家の意見

• Prof. Peter B. Fox, Materials Science, University of Manchester
  Key viewpoint: “Powder cleanliness and true sphericity govern LPBF stability as much as laser settings—tight O/N/H control pays back in fatigue.”
• Dr. Laura Predina, Orthopedic Surgeon and AM Advisor
  Key viewpoint: “For implants, ELI certification and validated cleaning of lattice structures are non‑negotiable. Powder reuse logs must be tied to clinical risk.”
• Daniel Günther, Head of Powder Technology, Fraunhofer IAPT
  Key viewpoint: “Real‑time analytics plus disciplined refresh rates cut porosity scatter. Many ‘parameter’ issues are actually powder issues.”

Citations: ISO/ASTM standards, ASM Handbook, supplier white papers, and peer‑reviewed AM journals: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ISO/ASTM 52907 (metal feedstock), ASTM F2924/F3001 (Ti‑6Al‑4V and ELI), ASTM E1409/E1019 (O/N/H), ASTM B212/B527 (apparent/tap density)
• Metrology and monitoring:
• CT per ASTM E1441, dynamic image analysis for sphericity/aspect ratio, laser diffraction (ISO 13320), surface metrology (ISO 4287)
• Process playbooks:
• LPBF parameter guides for Ti alloys, HIP cycles for Ti‑6Al‑4V, powder reuse/sieving SOPs, desiccated/inert storage checklists
• Design and simulation:
• Lattice/topology tools (nTopology, 3‑matic), LPBF build simulation for distortion and support optimization
• 持続可能性：
• Environmental Product Declaration (EPD) templates; argon recovery best practices and powder reclamation guidelines

Notes on reliability and sourcing: Specify grade (CP1/2/4, Ti‑6Al‑4V vs ELI), PSD (D10/D50/D90), sphericity metrics, satellites, O/N/H limits, and flow/tap density on POs. Require CoA with lot genealogy. Validate each lot with density coupons and CT. Maintain inert, low‑humidity storage and track reuse cycles to keep interstitials and fines within control.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 targeted FAQs, a 2025 trend table with key metrics, two concise case studies, expert viewpoints, and practical standards/resources focused on spherical titanium powder for AM and PM
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ISO/ASTM feedstock standards change, major suppliers release new low‑interstitial Ti powders, or studies revise LPBF/HIP property benchmarks for Ti‑6Al‑4V/ELI