Titaanpoeders: Productie, Kenmerken,

Overzicht

Titaniumpoeder is een veelzijdig metaalachtig materiaal dat wordt gewaardeerd om zijn unieke combinatie van hoge sterkte, lage dichtheid, corrosieweerstand en biocompatibiliteit. Als poeder vergemakkelijkt titanium geavanceerde productietechnieken zoals metaalspuitgieten (MIM), additieve productie (AM), heet isostatisch persen (HIP) en poedermetallurgie (PM) persen en sinteren om complexe titaniumcomponenten te creëren.

Belangrijke toepassingen voor titaniumpoeder zijn onder meer lucht- en ruimtevaartcomponenten, medische implantaten, auto-onderdelen, sportuitrusting, chemische verwerking en consumentenproducten. Deze gids biedt een uitgebreid overzicht van titaniumpoeder, inclusief productiemethoden, legeringssamenstellingen, kenmerken, eigenschappen, specificaties, toepassingen en wereldwijde leveranciers. Het is bedoeld om ingenieurs, productontwerpers en technische programmamanagers te helpen bij het selecteren en gebruiken titanium poeders.

Productie van titaniumpoeder

Titaniumpoeder wordt geproduceerd met behulp van de volgende primaire methoden:

Productiemethoden voor titaniumpoeder

• Gasverstuiving – Inert gas onder hoge druk desintegreert gesmolten titanium tot bolvormig poeder
• Plasma-verneveling – Titanium elektrodebogen creëren ultrafijn bolvormig poeder
• Hydrateren/dehydreren – Titaanhydridepoeder (TiO2) wordt gedehydrateerd tot fijne poeders
• Mechanisch frezen – Kogelfrezen breekt titaniumchips af tot onregelmatige deeltjes
• Plasma-sferoïdisatie – Onregelmatig poeder dat in plasma wordt gesmolten om bolvormige vormen te produceren

Gasverneveling en mechanisch malen komen het meest voor, waardoor respectievelijk bolvormige en hoekige poedervormen ontstaan. Extra zeven, conditioneren en mengen creëren toepassingsspecifieke deeltjesgrootteverdelingen.

Samenstellingen van titaniumpoeder

Terwijl het commercieel puur is titanium poeders beschikbaar zijn, bevatten de meeste poeders voor industrieel gebruik kleine hoeveelheden legeringselementen:

Gebruikelijke samenstellingen van titaniumpoeder

Legering	Primaire legeringselementen	Sleuteleigenschappen
CP Titaan	99,5%+ Ti	Uitstekende corrosieweerstand
Ti-6Al-4V	6% Al, 4% V	Hoge sterkte, hittebehandelbaar
Ti-6Al-7Nb	6% Al, 7% Nb	Hoge sterkte, biocompatibel
Ti-555	5% Al, 5% Mo, 5% V	Warmtebehandelbaar, machinaal bewerkbaar
Ti-1023	10% V, 2% Fe, 3% Al	Hoge sterkte, goede vervormbaarheid

Aluminium, vanadium en niobium zijn veel voorkomende toevoegingen om de sterkte en verwerkbaarheid te verbeteren. Sporenborium, koolstof, ijzer en zuurstof komen ook voor.

Legering past de microstructuur, hardheid, bewerkbaarheid en andere eigenschappen aan, terwijl de uitstekende corrosieweerstand behouden blijft.

Kenmerken van titaniumpoeders

De belangrijkste kenmerken van titaniumpoeder zijn onder meer:

Titanium poeder kenmerken

Kenmerkend	Typische waarden	Betekenis
Deeltjesgrootte	10 – 150 micron	Sintergedrag, oppervlakteafwerking
Deeltjesvorm	Bolvormig, hoekig, dendritisch	Poederstroom en pakkingsdichtheid
Schijnbare dichtheid	1,5 – 4,0 g/cc	Druk- en hanteringsgedrag
Tik op dichtheid	2,5 - 4,5 g/cc	Indicator van samendrukbaarheid
Debiet van de hal	25 – 35 s/50g	Poeder vloeibaarheid
Verlies bij ontsteking	0,1 – 0,5 wt%	Zuurstof- en vochtgehalte
Pyroforiciteit	Geen	Voorzorgsmaatregelen voor ontvlambaarheid en hantering

De deeltjesgrootteverdeling en de poedervorm hebben een aanzienlijke invloed op de poederstroom, verdichting, sinterrespons en dichtheid van geperste en gesinterde onderdelen. De schijnbare dichtheid geeft de samendrukbaarheid van het poeder aan.

Eigenschappen van Titaanpoeder

De belangrijkste eigenschappen van titaniumpoeder zijn onder meer:

Eigenschappen van titaniumpoeder

Eigendom	Zuiver Ti	Ti-6Al-4V	Ti-6Al-7Nb
Dikte	4,5 g/cc	4,43 g/cc	4,52 g/cc
Treksterkte	240 MPa	930 MPa	900 MPa
Opbrengststerkte	170 MPa	860 MPa	825 MPa
Verlenging	24%	10%	15%
Elasticiteitsmodulus	102 GPa	114 GPa	105 GPa
Hardheid	80 HB	334 HB	321 HB
Warmte capaciteit	522 J/kg·K	526 J/kg·K	527 J/kg·K
Warmtegeleiding	7,2 W/m·K	7,2 W/m·K	6,7 W/m-K

Legering met aluminium, vanadium en niobium verbetert de sterkte en hardheid aanzienlijk. Specifieke eigenschappen zijn sterk afhankelijk van de uiteindelijke microstructuur.

Toepassingen van titaniumpoeder

De belangrijkste toepassingen voor titaniumpoeder zijn onder meer:

Toepassingen van titaniumpoeder

Industrie	Toepassingen	Belangrijkste redenen
Lucht- en ruimtevaart	Structurele componenten, turbinebladen, bevestigingsmiddelen	Hoge sterkte-gewichtsverhouding
Medisch	Orthopedische implantaten, tandheelkundige implantaten, chirurgische instrumenten	Biocompatibiliteit, corrosiebestendigheid
Automobiel	Drijfstangen, kleppen, veren, bevestigingsmiddelen	Lichtgewicht, prestaties
Chemisch	Tanks, leidingen, kleppen, pompen	Corrosieweerstand
Sportartikelen	Golfclubs, fietsen, helmen	Sterkte, op maat gemaakte mechanische eigenschappen
Petrochemisch	Boorgatgereedschappen, putmondonderdelen	Sterkte, corrosieweerstand

De unieke eigenschappen van titanium maken het aantrekkelijk om het gewicht van luchtvaartcomponenten te verminderen, terwijl de mechanische integriteit in extreme omgevingen behouden blijft.

Uitstekende biocompatibiliteit en corrosiebestendigheid stimuleren het gebruik in orthopedische en tandheelkundige implantaten. De mogelijkheid om de eigenschappen van titanium aan te passen maakt sportartikelen met gespecialiseerde prestatiekenmerken mogelijk.

Specificaties voor titaniumpoeders

De samenstelling en kwaliteit van titaniumpoeder worden gedefinieerd door verschillende standaardspecificaties:

Titaniumpoedernormen

Standaard	Toepassingsgebied	Deeltjesgrootte	Puurheid	Scheikunde
ASTM B348	Graad 1-4 ongelegeerd Ti-poeder	-635 mesh	99.5%, 99.9%, 99.95% Ti	O, C, N, H-limieten
ASTM B801	Ti-6Al-4V-legeringspoeder	-635 mesh	Ti, Al, V compositiebereiken	Interstitiële limieten
ISO 23301	Additieve productie Ti-poeder	10-45 micron	99,5%+ Ti	O, N, C, H, Fe-limieten
AMS 4992	Ti-6Al-4V-poeder van ruimtevaartkwaliteit	-150 mesh	Ti, Al, V compositiebereiken	Interstitiële limieten

Deze definiëren aanvaardbare niveaus van legeringstoevoegingen, onzuiverheden zoals zuurstof/stikstof/koolstof, deeltjesgrootteverdelingen en andere testmethoden die relevant zijn voor verschillende toepassingen.

Wereldwijde leveranciers van Titaanpoeder

Veel grote bedrijven produceren titaniumpoeders samen met kleinere regionale fabrikanten:

Titanium poeder fabrikanten

Leverancier	Productie methodes	Materialen	Mogelijkheden
ATI Metalen	Gasverneveling	Ti-6Al-4V, Ti-1023, zuiver Ti	Groot assortiment legeringen, grote volumes
Praxair	Gasverneveling	Ti-6Al-4V, CP Ti	Kleine partijen, snelle levering
Timmerman additief	Gasverneveling, hydride-dehydride	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, zuiver Ti	Aangepaste legeringen, kleine partijen
AP&C	Plasma-verneveling	CP Ti, Ti legeringen	Ultrafijn poeder van 10-45 micron
Tekna	Plasma sferoïdie	Ti-6Al-4V, CP Ti	Zet chips om in bolvormig poeder
Baoji Hanz-titanium	Hydriding	CP Ti, Ti-6Al-4V	Goedkope Chinese producent

Velen leveren zowel standaard als aangepaste legeringssamenstellingen. Sommigen verzorgen de verwerking tegen betaling van schroot en spanen tot poeder.

Titaniumpoeder selecteren

De belangrijkste overwegingen bij het selecteren van titaniumpoeder zijn onder meer:

• Samenstelling van de legering – Brengt gewenste eigenschappen in evenwicht, zoals sterkte, ductiliteit en hardheid
• Zuiverheidsniveau – Beïnvloedt de mechanische eigenschappen en microstructuur
• Deeltjesgrootte en vorm – Beïnvloedt de poederstroom, dichtheid en oppervlakteafwerking
• Schijnbare dichtheid en tapdichtheid – Geeft de samendrukbaarheid en sinterreactie aan
• Chemische compatibiliteit – Voor gebruiksomstandigheden zoals zuren of zout water
• Bemonsteringsprocedures – Representatief testen van poederpartijen
• Kwaliteitscertificeringen – ISO 9001, AS9100, enz.
• Technische expertise van poederproducent

Monsters en prototypes helpen bij het kwalificeren van nieuwe legeringen en poeders voor een bepaalde toepassing. Werk nauw samen met gerenommeerde leveranciers om goed gekarakteriseerd titaniumpoeder te verkrijgen voor optimale resultaten.

FAQ

Wat is het voordeel van plasma-verstoven titaniumpoeder?

Plasmaverneveling produceert zeer bolvormige, vloeiende deeltjes met een grootte van doorgaans 10-45 micron. Dit maakt een uitstekende gesinterde dichtheid en oppervlakteafwerking mogelijk.

Wat zorgt ervoor dat titaniumpoeder pyrofoor is?

Pyrofore titaniumpoeders ontbranden spontaan in de lucht. Dit wordt veroorzaakt door extreem kleine deeltjesgroottes van minder dan 10 micron, waardoor het oppervlak en de reactiviteit aanzienlijk toenemen. Gebruik inert gas voor pyrofore poeders.

Hoe beïnvloedt de deeltjesvorm de eigenschappen van titaniumpoeder?

Bolvormig poeder vloeit goed en zorgt voor een hogere en uniformere dichtheid en mechanische eigenschappen. Onregelmatig poeder biedt betere groene sterkte en samendrukbaarheid, maar minder voorspelbare krimp.

Welke nabewerking kan het hergebruik van titaniumpoeder verbeteren?

Zeven, malen en thermische behandelingen maken hergebruik van off-spec poeders mogelijk. Plasma-sferoïdisatie zet spanen en grovere deeltjes om in bolvormige poedergrondstoffen.

Welke normen zijn van toepassing op de additieve productie van titaniumonderdelen?

ASTM F3001-14 omvat de karakterisering en kwaliteitscontrole van Ti-legeringspoeder voor AM. ASTM F2924-14 geeft standaardtestmethoden voor het evalueren van de mechanische eigenschappen van AM-titanium.

Kun je een composietstructuur van titanium en staal 3D-printen?

Ja, bij sommige 3D-printprocessen van metaal wordt binnen één onderdeel de overgang gemaakt tussen titanium- en roestvrijstalen legeringen door nauwkeurige materiaalwisseling om bimetaalcomponenten te bouwen.

Conclusie

Titaniumpoeder biedt ingenieurs een grote flexibiliteit bij het bouwen van hoogwaardige componenten dankzij de unieke eigenschappen van het metaal. Zorgvuldige selectie van poedereigenschappen en nauwe samenwerking met ervaren leveranciers zorgen voor optimale resultaten bij veel kritische toepassingen. Voortdurende vooruitgang blijft de mogelijkheden, kwaliteit en kosteneffectiviteit van titaniumpoedermetallurgische processen uitbreiden.

ken meer 3D-printprocessen