Bolvormig Titaniumpoeder

Overzicht

Bolvormig titaniumpoeder is een vorm van titaniummetaalpoeder dat bewerkt is om een bolvormige morfologie te hebben. Het wordt gekenmerkt door zijn hoge bolvorm, glad oppervlak, gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling en goede vloeibaarheid.

Enkele belangrijke eigenschappen en details van bolvormig titaniumpoeder zijn:

Soorten

• Zuiver titaniumpoeder
• Titaanlegeringspoeders (Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, enz.)

Productie methodes

• Gasverneveling
• Plasma-roterend elektrodeproces (PREP)
• Elektrode-inductie smeltgasatomisatie (EIGA)

Deeltjesgroottebereik

• 15-45 micron
• 45-100 micron
• 106-250 micron

Typische toepassingen

• 3D-printpoeder
• Metaal spuitgieten
• Thermisch spuiten
• Productie van titanium onderdelen

Sleuteleigenschappen

• Hoge bolvorm (>90%)
• Gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling
• Goede vloeibaarheid
• Hoge zuiverheid
• Lager oppervlak vergeleken met onregelmatige poeders

Types van Bolvormig Titaniumpoeder

Er zijn twee hoofdcategorieën sferisch titaniumpoeder op basis van samenstelling:

Tafel 1: Soorten bolvormig titaniumpoeder

Type	Beschrijving
Puur titanium	99,5% titanium met laag zuurstof- en ijzergehalte
Titanium legeringen	Titanium gecombineerd met aluminium + vanadium, niobium, enz.

Zuiver titaniumpoeder

Zuiver bolvormig titaniumpoeder bevat ten minste 99,5% titanium met maximale limieten voor het gehalte aan zuurstof en ijzer. Het heeft het hoogste titaangehalte vergeleken met titaanlegeringen.

Typische samenstelling:

• Titanium: minimaal 99,5%
• Zuurstof: maximaal 2000 ppm
• IJzer: maximaal 3000 ppm

Het biedt eigenschappen die dicht in de buurt komen van zuiver titaniummetaal - hoge sterkte, lage dichtheid, corrosiebestendigheid. Het wordt gebruikt als een hoge chemische zuiverheid nodig is.

Poeders van titaniumlegeringen

De meest voorkomende titaanlegeringspoeders zijn Ti-6Al-4V en Ti-6Al-7Nb met aluminium en vanadium of niobium toevoegingen. Andere legeringen worden ook geproduceerd met elementen als molybdeen, zirkonium en tin.

Voordelen van legeringen:

• Meer kracht
• Geschikt voor hogere temperaturen
• Verbeterde corrosieweerstand

Legeringspoeders breiden het toepassingsgebied uit tot meer dan alleen pure titaniumpoeders.

Productiemethoden voor bolvormig poeder

Verschillende gasverstuivingstechnieken worden commercieel gebruikt om bolvormig titaniumpoeder met gecontroleerde deeltjesgrootte te maken:

Tafel 2: Productieprocessen voor bolvormig titaniumpoeder

Methode	Beginsel	Deeltjesgrootte*
Gasverstuiving	Desintegratie van gesmolten stroom door gasstralen	15-106 μm
Plasma roterende elektrode (PREP)	Centrifugaal desintegreren van gesmolten metaal	15-45 µm
Elektrode-inductie gasverstuiving (EIGA)	Inductiesmelten + gasverstuiving	15-250 µm

Typische geproduceerde maten

Gasatomisatie gebruikt inerte gasstralen met hoge snelheid, zoals argon of stikstof, om een gesmolten stroom titaniummetaal op te breken in fijne druppeltjes, die stollen tot poeder. Dit produceert bolvormige deeltjes met gladde oppervlakken als gevolg van oppervlaktespanningseffecten.

PREP en EIGA zijn varianten die meer controle, kleinere maatverdelingen en vormoptimalisatie bieden.

Specificaties

Bolvormig titaniumpoeder is verkrijgbaar in verschillende maaswijdtes, ingedeeld op basis van deeltjesdiameter. Gangbare maaswijdten zijn onder andere:

Tafel 3: Specificaties deeltjesgrootte

Grootteklasse	Maaswijdte	Deeltjesdiameter
Klein	-325 mazen	<45 μm
Medium	140-325 mesh	45-100 μm
Groot	+100 mesh	>106 μm

Andere parameters die worden gebruikt om poeders te specificeren:

• Sfericiteit: >90% geeft aan hoe bol de deeltjes zijn
• Dichtheid van de kraan: 2,2-3,5 g/cm3 geeft verpakkingsdichtheid aan
• Verhouding Hausner: <1,25 wijst op vloeibaarheid
• Schijnbare dichtheid: assortiment op basis van samenstelling
• Debiet: meting van massastroom door een trechter

Standaarden die gebruikt worden voor het specificeren van poeders zijn onder andere ASTM B819, ASTM F3049 en EN 10204/3.1.

Toepassingen van Bolvormig Titaniumpoeder

De gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling en sferische morfologie biedt bepaalde voordelen die het gebruik van titaniumpoeder uitbreiden:

Tabel 4: Typische toepassingen van bolvormig titaniumpoeder

Gebied	Voordelen
3d printen	Uitstekende vloeibaarheid, verpakkingsdichtheid voor additieve productie
Metaal spuitgieten	Maakt de fabricage van complexe netvormige onderdelen mogelijk
Thermisch spuiten	Verbetert coatingdichtheid en neersmeltefficiëntie
Poeder-Metallurgie	Vergemakkelijkt de productie van titanium onderdelen zoals bevestigingsmiddelen, tandwielen
Biomedisch	Verbetert de eigenschappen van oppervlaktecoatings voor implantaten
Lucht- en ruimtevaart	Gebruikt om onderdelen van straalmotoren te repareren via heet isostatisch persen

Het belangrijkste voordeel van bolvormig poeder is dat het de geautomatiseerde materiaalverwerking beter vergemakkelijkt dan onregelmatig poeder. Hierdoor kunnen titanium onderdelen bijna netvormig worden gemaakt.

Leveranciers en prijzen

Bolvormig titaniummetaalpoeder wordt verkocht door verschillende toonaangevende fabrikanten:

Tabel 5: Belangrijke leveranciers van bolvormig titaniumpoeder

Bedrijf	Productie methodes
AP&C	Gasverneveling
Timmerman technologie	Elektrode inductie smelten
Sandvik	Plasma-verneveling
TLS-techniek	Gasverneveling
Tekna	Plasma-inductie

Schatting van de prijs:

• Zuiver titanium: $50-100 per kg
• Titaanlegeringen: $70-150 per kg

De prijzen variëren op basis van de bestelde hoeveelheid, de poederkwaliteit, de grootte van de deeltjes en de vraag en het aanbod op de markt.

Voor- versus nadelen van bolvormig titaniumpoeder

Tabel 6: Vergelijking van voor- en nadelen

Voordelen	Nadelen
Uitstekende vloeibaarheid voor automatisering	Hogere kosten dan andere vormen
Hoge pakkingsdichtheid	Beperkt beschikbaar in zeer groot formaat
Gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling	Gecontroleerde inerte atmosfeer vereist
Bijna-netvorm fabricage mogelijk	Reactief bij hoge temperaturen
Goed te mengen met andere poeders	Gevaar van stofexplosies moet worden beheerst
Bereikt materiaaleigenschappen die dichter bij bulk liggen

Terwijl bolvormig titaniumpoeder maakt een grotere procesflexibiliteit mogelijk, maar vereist ook voorzorgsmaatregelen tegen ontbranding of explosie. De kosten zijn hoger dan andere vormen zoals sponsfijn.

Veelgestelde vragen

Wat is de typische zuiverheidsgraad van bolvormig titaniumpoeder?

Voor zuivere titaniumpoeders is de zuiverheidsgraad 99,5% minimaal titaniumgehalte volgens ASTM-normen. Voor legeringen zoals Ti-6Al-4V is het titaangehalte meer dan 90% met specifieke bereiken voor andere elementen.

Welke afmetingen zijn het meest geschikt voor additive manufacturing?

Voor de meeste versmeltingsprocessen met titaanpoeder is de ideale deeltjesgrootte 45-100 micron. Kleinere afmetingen stromen slecht terwijl grotere afmetingen de resolutie beïnvloeden. Standaarden zoals ASTM F3049 geven specificaties.

Heeft de bolvorm invloed op de eigenschappen van geprinte onderdelen?

Ja, bolvormige deeltjes resulteren in prints met een hogere dichtheid en een betere binding tussen de deeltjes, wat leidt tot betere mechanische eigenschappen. Onderdelen kunnen eigenschappen bereiken die dichter bij bulktitanium liggen.

Wat is de typische productiecapaciteit voor bolvormig titaniumpoeder?

Toonaangevende fabrikanten van sferisch titaniumpoeder hebben capaciteiten die variëren van een paar honderd ton per jaar tot meer dan 2000 ton per jaar op dit moment. Verwacht wordt dat de capaciteit aanzienlijk zal toenemen om gelijke tred te houden met de groei in metaal-AM.

Hoe wordt de prijs van bolvormig titaniumpoeder bepaald?

De prijs is afhankelijk van de poedersamenstelling, het deeltjesgroottebereik, de productiemethode, het ordervolume en de marktomstandigheden. Kleinere maten (<45 μm) zijn doorgaans 20-30% hoger geprijsd dan grotere maten vanwege de moeilijkere verwerking en de grotere vraag.

Conclusie

Bolvormig titaniumpoeder heeft duidelijke voordelen ten opzichte van andere vormen van titaniumpoeder op het gebied van vloeibaarheid, verpakkingsdichtheid en herhaalbaarheid bij geautomatiseerde poederverwerking. Dit maakt de productie mogelijk van bijna netvormige componenten met superieure eigenschappen.

Verschillende gasverstuivingstechnieken maken de productie op maat mogelijk van titaanlegeringen en deeltjesgrootteverdelingen voor productiemethoden zoals 3D-printen van metaal, die afhankelijk zijn van poederbedfusietechnologie.

Ondanks de hogere prijzen zorgen de voordelen van sferische morfologie ervoor dat steeds meer industrieën titanium gaan gebruiken om de toepassingen van titaniummetaal verder uit te breiden dan de conventionele verwerking. De ontwikkelingen gaan door en verbeteren de grootteverdeling en de samenstelling van legeringen om de eigenschappen nog verder te verbeteren.

ken meer 3D-printprocessen

Veelgestelde vragen (FAQ)

1) What PSD and morphology are optimal for Spherical Titanium Powder in LPBF?

• Use highly spherical 15–45 µm for fine-feature LPBF and 25–53 µm for general-purpose builds. Target low satellite fraction and Hausner ratio ≤1.25 to ensure spreadability and stable melt pools.

2) How do oxygen and nitrogen levels affect mechanical properties?

• Interstitials raise strength/hardness but reduce ductility and fatigue. For Ti-6Al-4V, keep O ≤0.15 wt% (AM-grade often ≤0.12%) and N ≤0.03 wt% to balance tensile strength with elongation and LCF/HCF performance.

3) PREP vs. EIGA vs. gas atomization—how should I choose?

• PREP: highest sphericity/cleanliness, narrow PSD, premium cost; ideal for critical aerospace/medical. EIGA: excellent cleanliness (no crucible contact), broad PSD. Gas atomization: scalable and cost-effective; cleanliness depends on process controls and gas purity.

4) Can Spherical Titanium Powder be reused without degrading part quality?

• Yes, with controls: sieve between builds; monitor O/N/H and moisture/LOD, PSD drift, and flow/tap density. Set reuse limits by application risk (e.g., 3–10 cycles) and blend with virgin powder to maintain interstitial specs.

5) What safety practices are essential when handling Spherical Titanium Powder?

• Follow NFPA 484: inert gas handling where possible, explosion-rated dust collection, grounding/bonding to prevent static, Class D extinguishers, and minimize open-air transfers. Maintain housekeeping to avoid dust accumulation.

2025 Industry Trends

• Medical-grade traceability: Wider adoption of EN 10204/3.1 certificates, full lot genealogy, and validated cleaning/packaging for implant-grade Ti-6Al-4V ELI powders.
• Ultra-clean atomization: Growth of EIGA/PREP capacities with closed-loop argon systems and inline O2/N2 analyzers to cut interstitial pickup and gas consumption.
• Fine cuts for binder jetting: Increased supply of 5–25 µm Ti and Ti-6Al-4V with deagglomeration steps and anti-caking packaging.
• Powder circularity: Buy-back and reconditioning programs with certified O/N/H restoration and PSD rebalancing to lower total cost of ownership.
• Data-rich CoAs: Routine inclusion of SEM morphology sets, raw PSD files, O/N/H trends, and exposure time logs to accelerate PPAP/FAI.

2025 Snapshot: Spherical Titanium Powder KPIs

Metric (2025e)	Typical Value/Range	Notes/Source
AM-grade PSD (LPBF)	D10 15–20 µm; D50 25–35 µm; D90 40–50 µm	ISO/ASTM 52907 context
Oxygen (Ti-6Al-4V AM-grade)	≤0.08–0.12 wt%	Supplier CoAs
Nitrogen (AM-grade)	≤0.02–0.03 wt%	Supplier CoAs
Bolvormigheid	≥90–95%	SEM-beeldanalyse
Schijnbare dichtheid	2.3–2.9 g/cm³ (alloy/PSD dependent)	Hall/Carney methods
Typical LPBF density (as-built)	≥99.5% relative with tuned parameters	CT verification
Market price band	~$70–$200+/kg (grade/process/cut)	Industry quotes
Doorlooptijd	3–8 weeks stocked; 8–12 weeks MTO	Market averages

Authoritative sources:

• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), ASTM F3049 (powder characterization): https://www.astm.org, https://www.iso.org
• ASTM F2924 (Ti-6Al-4V AM), ASTM F3001 (ELI for AM)
• ASM Handbook, Vol. 7: Powder Metallurgy: https://www.asminternational.org
• NFPA 484 Combustible Metals: https://www.nfpa.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Elevated-Fatigue Ti-6Al-4V via PREP Powder and Optimized Reuse (2025)

• Background: An aerospace Tier-1 required tighter fatigue scatter on LPBF brackets while reducing powder waste.
• Solution: Switched to PREP Spherical Titanium Powder (D50 ~32 µm, O 0.09 wt%); instituted reuse SOP with sieve control, O/N/H monitoring, and 20% virgin top-up per cycle; applied in-situ melt pool monitoring and HIP + aging.
• Results: Relative density 99.8%; HCF life at R=0.1 improved 18% with 40% reduction in scatter; powder cost −16% per part through controlled reuse without breaching interstitial specs.

Case Study 2: Binder-Jetted Pure Titanium Heat Exchangers (2024/2025)

• Background: A clean-energy startup needed compact, corrosion-resistant heat exchangers with complex lattices.
• Solution: Adopted 8–25 µm Spherical Titanium Powder (commercially pure, O ≤0.08 wt%); solvent debind + high-purity Ar sinter; diffusion-bonded face sheets; helium leak testing and passivation.
• Results: Leak rate ≤1×10⁻⁹ mbar·L/s; pressure drop −23% vs. machined design; unit cost −28% at 2k units/year; corrosion performance matched CP-Ti benchmarks in chloride tests.

Meningen van experts

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “For titanium AM, controlling interstitials and PSD tails is as crucial as scan parameters—both dictate density, fatigue, and repeatability.”
• Dr. Christina Bertulli, Director of Materials Engineering, EOS
• Viewpoint: “Integrating HIP and well-defined powder reuse limits enables aerospace-grade properties without prohibitive powder costs, especially for Ti-6Al-4V.”
• Dr. Beatriz Martinez, Director of AM Powders, Sandvik Osprey
• Viewpoint: “EIGA and PREP deliver superior cleanliness by avoiding crucible contact; coupled with argon recirculation, they cut gas use while tightening O/N control.”

Practical Tools/Resources

• Standards and guides: ISO/ASTM 52907; ASTM F3049; ASTM F2924 (Ti-6Al-4V AM); ASTM F3001 (ELI); EN 10204/3.1 certification
• Metrology: Inert gas fusion (O/N/H), laser diffraction (PSD), SEM morphology, Hall/Carney flow, helium pycnometry, micro-CT for porosity
• AM process control: In-situ layer/melt pool monitoring, powder exposure logging, reuse SOPs, HIP and heat-treatment recipes for Ti alloys
• Safety/EHS: NFPA 484; OSHA combustible dust guidance; ATEX/IECEx zoning
• Design/simulation: Ansys/Simufact Additive for distortion/residual stress; JMatPro or Thermo-Calc/TC-Prisma for phase and precipitation in Ti alloys

Implementation tips:

• Specify CoA with full chemistry (including O/N/H), PSD (D10/D50/D90), sphericity/SEM images, flow/tap/apparent density, moisture/LOD, and lot genealogy.
• Match PSD to process: 15–45 µm for fine-feature LPBF; 25–53 µm general LPBF; 45–106 µm for DED; 5–25 µm for binder jetting.
• Establish reuse limits per application; track O/N/H and PSD drift; blend with virgin and maintain SPC on density and mechanicals.
• Use HIP for fatigue/leak-critical parts; verify via CT, microhardness mapping, and relevant fatigue/corrosion tests before production release.

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added 5-question FAQ, 2025 KPI table for Spherical Titanium Powder, two case studies (LPBF aerospace brackets and binder-jetted heat exchangers), expert viewpoints, and practical tools/resources with implementation tips
Next review date & triggers: 2026-04-20 or earlier if ISO/ASTM standards update, major supplier CoA practices change, or new data on Ti powder reuse and interstitial control is published