チタンTi64ELIパウダー：技術概要
目次
チタンTi64ELIパウダーは、そのユニークな特性と特徴のために様々な産業で使用される重要なエンジニアリング材料です。この記事では、チタンTi64ELI粉末の組成、特性、用途、仕様、価格、利点、および制限をカバーする包括的な技術的概要を提供します。
チタンTi64ELIパウダーの概要
チタンTi64ELIパウダー、別名 チタン6Al-4V ELIパウダーアルミニウムとバナジウムを合金元素として含むチタン合金。強度重量比、耐疲労性、破壊靭性、耐食性に優れています。Ti64ELI粉末は、酸素、窒素、炭素、鉄の含有量が少ないTi64の超低空間格子変種です。
Ti64ELIは、積層造形、金属射出成形、熱間および冷間静水圧プレス、その他の粉末冶金プロセスに使用されます。Ti64ELIは、3Dプリンティングによって、微細な微細構造とTi64溶製材に匹敵する機械的特性を備えた、高密度で複雑な部品を製造することができる。Ti64ELIは、軽量、強度、耐食性を兼ね備えているため、航空宇宙、医療、歯科、スポーツ用品、自動車、海洋用途に適している。
チタンTi64ELIパウダーの主な特徴は以下の通り：
- 優れた生体適合性とオッセオインテグレーション
- 鋳造/機械加工では不可能な複雑な形状を3Dプリントする能力
- 3Dプリント部品の一貫した組成と微細構造
- 優れた疲労強度と破壊靱性
- Ti64よりも低い格子間元素により優れた延性を実現
- 熱間等方圧加圧（HIP）および熱処理との適合性
- 化学的性質および粒子径に関するASTM規格への適合性
チタンTi64ELI粉末の組成
チタンTi64ELI粉末の典型的な化学組成は以下の通りである：
| エレメント | 重量 % |
|---|---|
| チタン（Ti） | バランス |
| アルミニウム（Al） | 5.5-6.75% |
| バナジウム (V) | 3.5-4.5% |
| 酸素 (O) | ≤ 0.13% |
| 窒素（N） | ≤ 0.05% |
| カーボン（C） | ≤ 0.08% |
| 鉄（Fe） | ≤ 0.25% |
主要な合金元素はアルミニウムとバナジウムである。アルミニウムは強度を高め、密度を下げる。バナジウムは強度と延性を向上させる。Ti64ELIは格子間元素の酸素、窒素、炭素が少ないため、Ti64に比べて延性が優れている。
チタン Ti64ELI 粉末の特性
チタン Ti64ELI 粉末は以下の特性を有する：
| プロパティ | 価値 |
|---|---|
| 密度 | 4.43 g/cm3 |
| 融点 | 1604-1660°C |
| 熱伝導率 | 6.7 W/m-K |
| 電気抵抗率 | 170 μΩ-cm |
| ヤング率 | 114 GPa |
| 引張強度 | 895-930 MPa |
| 降伏強度 | 825-875 MPa |
| 伸び | 10-15% |
| ポアソン比 | 0.32-0.34 |
| 疲労強度 | 400MPa |
主なハイライト
- 鋼鉄に比べて密度が低い
- 極低温でも強度と靭性を保持
- 市販の純チタンより強い
- 延性はTi64展伸材より低いが、ほとんどの用途に十分。
- 安定した保護酸化膜による優れた耐食性
チタン Ti64ELI 粉末の用途
| 産業 | アプリケーション | レバレッジ物件 |
|---|---|---|
| 航空宇宙 | * エンジンコンポーネント（ファンブレード、コンプレッサーディスク） * エアフレーム（着陸装置コンポーネント、翼リブ） * タービン（ハウジング、ブレード） * ファスナー * ギア * 油圧システム（パイプ、継手） | * 高い強度対重量比：構造的完全性を維持しながら軽量化し、燃費と積載量を向上。* 優れた耐疲労性優れた耐疲労性：飛行中に発生する繰り返し応力サイクルに耐え、コンポーネントの寿命を延ばします。* 優れた耐食性：優れた耐食性：高湿度や除氷液にさらされる過酷な環境でも優れた性能を発揮。 |
| メディカル＆デンタル | * 整形外科用インプラント（骨プレート、ネジ、人工股関節） * 補綴物（膝、腰、腕） * 手術器具（メス、鉗子） * 歯科用インプラント | * 生体適合性：体内に移植しても安全で、拒絶反応のリスクを最小限に抑えます。* 卓越した強度と靭性：骨や関節を支え、安定させる。* 耐腐食性：耐腐食性：細菌の増殖を抑制し、体内でのインプラントの寿命を保証する。* 成形性：成形性：積層造形により、複雑な患者固有のインプラントの作製が可能。 |
| 自動車 | * バルブ（吸気、排気） * コンロッド * レーシングカー部品（サスペンション部品、ロールケージ） | * 高い強度対重量比：軽量化によりパフォーマンスとハンドリングが向上。* 卓越した疲労強度：卓越した疲労強度：走行中やレース中の高い応力に耐える。* 優れた耐熱性：高温のエンジン環境でも性能を維持。* 耐腐食性：耐腐食性：路面塩分やその他の腐食性要素への暴露に耐える。 |
| マリン | * プロペラ * ポンプ * シャフト * パイプ・継手 | * 卓越した耐食性：海水環境でも優れた性能を発揮し、劣化を防いで長寿命を実現。* 高い強度対重量比：船舶の安定性と燃費を向上させるため、部品の重量を軽減。* 優れた疲労強度：良好な疲労強度：波浪や海流による絶え間ない応力に耐える。* 耐キャビテーション性：耐キャビテーション性：水中の気泡の形成と崩壊にさらされても、構造的完全性を維持。 |
| 化学処理 | * 熱交換器 * バルブ * 腐食性化学物質用パイプ | * 卓越した耐食性：様々な化学薬品による腐食に耐え、安全で信頼性の高い運転を保証します。* 高い強度と靭性：高い強度と靭性：圧力下および高温下でも構造的完全性を維持。* 生体適合性（特定の用途において）：医薬品や医療機器の製造に使用される化学薬品の取り扱いに適している。 |
| スポーツ用品 | * ゴルフクラブ（ドライバー、アイアン） * 自転車フレーム * テニスラケット | * 高い強度対重量比：スイングスピードとパワーを向上させるための軽量化を実現。* 優れた疲労強度：疲労強度に優れ、使用時の繰り返しの衝撃に耐える。* 調整可能な硬さ：個々のプレーヤーの好みに合わせた調整が可能。* 耐腐食性（特定の用途において）：様々な気象条件下での耐久性を確保。 |
チタン Ti64ELI 粉末の仕様
チタン Ti64ELI 粉末は以下の仕様で入手可能です：
| パラメータ | 詳細 |
|---|---|
| 粒子サイズ | 15-45ミクロン |
| 製造方法 | ガス噴霧 |
| 粒子形状 | 球形 |
| サイズ分布 | D10：20ミクロン、D50：35ミクロン、D90：40ミクロン |
| 見かけ密度 | ~2.2 g/cc |
| タップ密度 | ~3.2 g/cc |
| 流動性 | 素晴らしい |
| 規格 | ASTM B348 グレード23 |
63～106ミクロンの大きな粒子径は、用途に応じてカスタム生産が可能です。金属射出成形用原料には、より微細な粒子サイズも可能です。
チタンTi64ELIパウダーのサプライヤーと価格
チタンTi64ELIパウダーの主なサプライヤーと価格詳細は以下の通りです：
| サプライヤー | 価格 |
|---|---|
| エーピーアンドシー | 1000kgを超えるご注文の場合、$88/kg |
| アルカムAB | 500kgを超えるご注文の場合、$75/kg |
| TLSテクニーク | 100kgを超える注文の場合、100ユーロ/kg |
| LPWテクノロジー | 100kgを超える注文の場合、70～90ポンド/kg |
| CNPCパウダー | $80-100/kg（100kgを超える場合 |
価格は、注文量、粒度分布、場所によって1kgあたり$70-100から変動します。少量および研究用サンプルは、$500/kgを超える場合があります。
チタンTi64とTi64ELI粉末の比較
Ti64ELIとTi64チタン合金の比較です：
| パラメータ | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| O、C、N | より低い | より高い |
| 延性 | より高い | より低い |
| タフネス | より良い | 貧しい |
| 溶接性 | 素晴らしい | 中程度 |
| 耐食性 | 比較可能 | 比較可能 |
| 強さ | 比較可能 | 比較可能 |
| コスト | より高い | より低い |
| AM適性 | 素晴らしい | 中程度 |
Ti64に対するTi64ELIの優位性
| 特徴 | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| 延性と靭性 | スーペリア | より低い |
| 説明 | Ti64ELIは、応力下でも破断せずに変形する能力（延性）が高く、亀裂の進展に対する抵抗性（靭性）に優れています。このため、衝撃や高い応力がかかる用途に最適で、致命的な破損のリスクを低減します。 | 説明 |
| 溶接性 | 素晴らしい | 中程度 |
| 説明 | Ti64Eliは、酸素、窒素、炭素などの格子間元素の含有量が低いため、割れや脆性を最小限に抑えた溶接が可能です。このため、強度と信頼性の高い接続を維持しながら、複数のTi64ELI部品を接合して複雑な構造を作り出すことができる。 | 説明 |
| 積層造形（AM）の適合性 | 素晴らしい | 中程度 |
| 説明 | Ti64ELIは、格子間含有量が低く、延性に優れているため、粉末床溶融法のような3Dプリンティングプロセスに適しています。これは、印刷プロセス中にクラックが発生するリスクを低減し、より優れた機械的特性を持つパーツを完成させることにつながります。 | 説明 |
| 耐水素脆性 | より強い | 耐性が低い |
| 説明 | Ti64ELIは、チタン合金の脆化（延性の低下）の主な原因である水素の吸収を最小限に抑えます。これは、化学処理や深海用途など、水素環境にさらされる部品にとって極めて重要です。 | 説明 |
| 熱処理への対応 | より高い強度レベルを達成できる | 達成可能な強度が低い |
| 説明 | Ti64ELIは、Ti64に比べ格子間含有量が低いため、熱処理により高い強度レベルを達成することができる。これにより、用途の特定のニーズに応じて、より幅広い機械的特性を得ることができる。 | 説明 |
| コスト | より高い | より低い |
| 説明 | Ti64ELIの製造には、より厳格な格子間元素の管理と追加の加工工程が必要なため、Ti64に比べて材料費が高くなる。 | 説明 |
Ti64ELIとTi64の比較の限界
| プロパティ | Ti64 | Ti64ELI |
|---|---|---|
| 引張強さ (MPa) | 896-1034 | 827-965 |
| 降伏強度 (MPa) | 758-903 | 703-831 |
| エロンゲーション（%） | 10-15 | 15-20 |
| 靭性（破壊靭性） | 中程度 | 高い |
| 溶接性 | グッド | 素晴らしい |
| 成形性 | グッド | 素晴らしい |
| 生体適合性 | グッド | 素晴らしい |
チタンTi64ELIパウダーの長所と短所
| 長所 | 短所 |
|---|---|
| 優れた強度重量比 | 高コスト |
| 優れた耐食性 | 高温での反応性 |
| 3Dプリンティングで複雑な形状を解き明かす | 純チタンに比べ低い延性 |
| 生体適合性とオッセオインテグレーション促進 | 機械加工における課題 |
| 一貫した材料特性 | 水素脆化への感受性 |
よくあるご質問
Q: Ti64ELIとTi64の違いは何ですか？
A: Ti64ELIはTi64に比べ、格子間酸素、窒素、炭素が少ない。このため、Ti64ELIは延性と破壊靭性に優れています。
Q: Ti64ELI粉末の用途は？
A: 主な用途は、航空宇宙部品、医療用インプラント、自動車部品、3Dプリンティングです。高強度、軽量、耐食性が求められる産業で広く使われています。
Q: AMに使用される粒子径は？
A: 選択的レーザー溶融（SLM）や電子ビーム溶融（EBM）のような粉末床溶融AMプロセスでは、15～45ミクロンの粒子径が推奨されます。
Q: Ti64ELIのステンレス鋼に対する利点は何ですか？
A: Ti64ELIは、ステンレス鋼に比べて強度重量比が高く、耐食性に優れ、生体適合性にも優れている。しかし、Ti64ELIは高価です。
Q: Ti64ELI AM部品にはどのような後処理が必要ですか？
A: AM部品は、必要な寸法、表面仕上げ、材料特性を達成するために、熱間等方圧加圧（HIP）、熱処理、機械加工が必要になる場合があります。
Q: Ti64Eliの部品を溶接して修理や接合することはできますか？
A: はい、Ti64ERIは優れた溶接性を持っています。レーザー溶接、電子ビーム溶接、アーク溶接がTi64ERI部品の溶接に使用できます。酸化を防ぐために適切なシールドが必要です。
結論
要約すると、チタンTi64Eli粉末は、高強度、軽量、耐食性、生体適合性、加工性、熱処理性という優れた組み合わせを提供します。その用途は、航空宇宙、医療、自動車、化学、消費者部門に及びます。積層造形では、複雑なTi64ELI部品をCADデータから直接3Dプリントし、軽量構造部品をオンデマンドで生産することができる。しかし、Ti64ELIはTi64よりもコストが高く、加工も難しい。全体として、Ti64ELIは従来のチタン合金の限界を超えた能力を示しています。
Additional FAQs on Titanium Ti64ELI Powder
1) What powder specifications are most critical for LPBF using Titanium Ti64ELI powder?
- Target PSD of 15–45 μm (or 20–53 μm), high sphericity (≥0.93), low interstitials (O ≤0.13 wt% per Grade 23, N ≤0.05 wt%, H ≤0.012 wt%), Hausner ratio ≤1.25, and minimal satellites. Validate via ASTM B822 (PSD), B212/B213/B964 (density/flow), and LECO O/N/H.
2) Does Ti64ELI always require HIP after printing?
- For medical implants and fatigue‑critical aerospace parts, HIP is strongly recommended to close lack‑of‑fusion and gas porosity and to stabilize properties. For noncritical components, optimized parameters plus stress relief can suffice, subject to qualification and CT/NDE results.
3) How does powder reuse affect Titanium Ti64ELI powder quality?
- Reuse increases oxygen and shifts PSD. Common practices refresh 20–50% virgin powder per cycle, sieve under inert gas, track O/N/H and flow metrics, and set a maximum reuse count based on mechanical property surveillance.
4) What heat treatments are typical for Ti64ELI AM parts?
- Stress relief ~650–800°C (1–2 h, inert/vacuum), optional HIP ~920–930°C/100–120 MPa/2 h, followed by aging if specified. Parameters vary by specification (e.g., ASTM F3001 for Ti‑6Al‑4V ELI PBF components).
5) Are there special cleanliness and contamination controls for implant-grade Ti64ELI?
- Yes. Use dedicated handling tools, inert powder processing, low oxygen environment, cleanroom-compatible packaging, and validated cleaning (ultrasonic + solvent) and passivation where required. Maintain full powder/part genealogy (powder passport).
2025 Industry Trends for Titanium Ti64ELI Powder
- Tightening interstitial limits: More suppliers offer oxygen targets ≤0.11 wt% to improve elongation in thin sections.
- Digital powder passports: Genealogy linking chemistry (O/N/H), PSD, sphericity, reuse cycles, and build logs is now routine for implantables.
- Multi-laser LPBF maturity: Stitching compensation and in-situ monitoring reduce CT scrap rates for large Ti64ELI builds.
- Argon efficiency: Widespread argon recovery and closed powder transfer improve sustainability and cost.
- Qualification playbooks: Expanded adoption of ASTM F3001/F2924 routes and ISO 13485-aligned QA for medical AM with Ti64ELI.
2025 Snapshot: Ti64ELI Powder and AM KPIs (indicative)
| メートル | 2023 | 2024 | 2025 YTD | Notes/Sources |
|---|---|---|---|---|
| Oxygen (wt%, lot spec target) | ≤0.13 | ≤0.12 | ≤0.11 | ASTM F3001 alignment; supplier capability |
| Sphericity (image analysis) | 0.92–0.96 | 0.93–0.97 | 0.94–0.98 | Gas/plasma atomized |
| As-built density (LPBF, %) | 99.5–99.8 | 99.6–99.9 | 99.7–99.95 | Optimized process windows |
| HIP adoption in implants (%) | 70-85 | 75–90 | 80–95 | Regulatory/QA drivers |
| Typical lead time (100–300 kg, weeks) | 6–10 | 5-8 | 4–7 | Added regional capacity |
References: ASTM F3001 (Ti‑6Al‑4V ELI PBF), ASTM F2924 (Ti‑6Al‑4V), ISO/ASTM 52907/52920/52930; OEM notes (EOS, SLM Solutions, GE Additive, Renishaw), NIST AM Bench, NFPA 484.
Latest Research Cases
Case Study 1: Reducing Oxygen Uptake in Reused Ti64ELI Powder via Closed-Loop Handling (2025)
- Background: A medical device OEM observed rising O content and flow variability after multiple powder reuse cycles, increasing CT scrap.
- Solution: Implemented sealed, argon-purged sieving/transfer; refreshed 30% virgin per cycle; added in-situ chamber O2 monitoring and powder passporting (O/N/H, PSD, Hausner).
- Results: Mean powder O reduced from 0.125 wt% to 0.112 wt%; Hausner improved from 1.27 to 1.23; CT scrap −28%; elongation at RT +2–3% absolute in thin struts.
Case Study 2: Multi-Laser Stitch Optimization for Large Ti64ELI Orthopedic Builds (2024)
- Background: A contract manufacturer scaling to 8‑laser LPBF saw dimensional bias and localized porosity at overlap regions.
- Solution: Per-field power/spot calibration, contour blending, vector rotation, and recoater force monitoring; HIP + stress relief per implant spec; enhanced CT sampling guided by anomaly maps.
- Results: Overlap porosity −40%; dimensional deviation cut from 100 μm to 45 μm; overall yield +18% with unchanged tensile and LCF properties.
専門家の意見
- Prof. Tresa M. Pollock, Distinguished Professor of Materials, UC Santa Barbara
- Viewpoint: “For Titanium Ti64ELI powder, interstitial control across atomization, handling, and reuse has a first-order effect on ductility and fatigue—more than small parameter tweaks.”
- Dr. Moataz Attallah, Professor of Advanced Materials Processing, University of Birmingham
- Viewpoint: “Multi-laser stitch management and HIP discipline are now central to certifying large Ti64ELI implant and aerospace structures.”
- Dr. John Slotwinski, Director of Materials Engineering, Relativity Space
- Viewpoint: “Powder passports tying O/N/H, PSD, and reuse cycles to part serials are rapidly becoming baseline for regulated Ti64ELI programs.”
Practical Tools and Resources
- 規格
- ASTM F3001 (Additive manufacturing Ti‑6Al‑4V ELI), ASTM F2924 (AM Ti‑6Al‑4V), ISO/ASTM 52907/52920/52930 (feedstock/process/quality): https://www.astm.org そして https://www.iso.org
- 安全性
- NFPA 484 (combustible metal powders), ANSI Z136 (laser safety): https://www.nfpa.org
- Metrology and datasets
- NIST AM Bench resources; LECO O/N/H analysis best practices: https://www.nist.gov
- OEM application notes
- EOS, SLM Solutions, GE Additive, Renishaw guidance on Ti64ELI LPBF parameters, HIP/heat treatment, and in-situ monitoring
- QA and analytics
- CT analysis (Volume Graphics, Dragonfly); build prep and QA (Materialise Magics, Siemens NX AM, Ansys Additive, Autodesk Netfabb)
Last updated: 2025-10-16
Changelog: Added 5 targeted FAQs; included a 2025 KPI table for Ti64ELI powder and LPBF; provided two case studies (oxygen control in reuse; multi-laser stitch optimization); compiled expert viewpoints; linked standards, safety, OEM notes, and QA tools
Next review date & triggers: 2026-03-31 or earlier if ASTM/ISO standards update, major OEMs release new multi-laser controls for Ti64ELI, or new datasets on interstitial control and HIP outcomes are published
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MET3DP Technology Co., LTDは、中国青島に本社を置く積層造形ソリューションのリーディングプロバイダーです。弊社は3Dプリンティング装置と工業用途の高性能金属粉末を専門としています。
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