sferyczny proszek tytanowy z kontrolowanymi rozmiarami cząstek umożliwia produkcję wytrzymałych, lekkich tytanowych części metalowych przy użyciu produkcji addytywnej lub prasowania metalurgii proszków. Wysoki stosunek wytrzymałości do masy, odporność na korozję i biokompatybilność sprawiają, że tytan jest atrakcyjnym materiałem inżynieryjnym w przemyśle lotniczym, medycznym, motoryzacyjnym i innych wymagających zastosowaniach.

Niniejszy przewodnik obejmuje skład, metody produkcji, specyfikacje, zastosowania, ceny i kwestie związane z pozyskiwaniem sferycznego proszku tytanowego do produkcji metali metodą AM lub prasowania i spiekania.

Rodzaje sferycznego proszku tytanowego

W oparciu o skład i przetwarzanie, sferyczne proszki tytanu są podzielone na kategorie:

Typ	Opis
CP (komercyjnie czysty) tytan	99,5% i więcej czystego tytanu z niską zawartością międzywęzłowych zanieczyszczeń elementarnych
Ti-6Al-4V	Stop tytanu z dodatkiem aluminium 6% i wanadu 4% dla zwiększenia wytrzymałości
Wstępnie stopiony proszek	Stałe cząstki sferyczne o jednorodnym składzie Ti-6-4
Blended Elemental	Mieszanka proszków czystego tytanu, aluminium i wanadu

Dopasuj gatunek do właściwości mechanicznych, odporności na korozję i potrzeb budżetowych gotowych części tytanowych.

Metody produkcji

• Atomizacja plazmowa - Wysokoenergetyczny palnik plazmowy topi surowiec. Potężne cewki indukcyjne generują rozpylone krople, które zestalają się w tytanowe sferoidy. Najwęższy rozkład cząstek z dobrym przepływem proszku i gęstością upakowania.
• Atomizacja gazu - Podobny proces wykorzystujący strumienie gazu obojętnego pod ciśnieniem zamiast energii plazmy do rozpylania strumienia stopionego tytanu na drobne kropelki. Niższa moc procesu, ale większe rozmiary cząstek.
• Proces elektrody rotacyjnej - Siły odśrodkowe z wirujących elektrod rozbijają stopiony tytan na kropelki. Osiąga małe rozmiary cząstek. Wysoka szybkość produkcji z wąskimi dystrybucjami.

Kontrolowanie parametrów procesu, takich jak temperatura, ciśnienie i przepływ gazu, skutkuje sferycznymi, nieporowatymi proszkami preferowanymi do produkcji tytanu.

Skład z sferyczny proszek tytanowy

Klasa	Tytan (Ti)	Aluminium (Al)	Wanad (V)	Żelazo (Fe)	Tlen (O)
CP Stopień 1	98.9% min	0.3% max	0.2% max	0.3% max	0.18% max
CP Stopień 2	98.6% min	0.3% max	0.1% max	0.3% max	0.25% max
CP Stopień 4	97.5% min	0.3% max	0.1% max	0.5% max	0.40% max
Ti-6Al-4V	Podstawa	5.5-6.75%	3.5-4.5%	0.3% max	0.13% max

Ścisła kontrola niskiej zawartości tlenu i azotu oraz limitów węgla, żelaza i chromu pozwala zachować odporność na korozję i plastyczność. Wybór gatunku równoważy wymagane właściwości z kosztami stopu dla różnych zastosowań.

Typowe specyfikacje

Parametr	Wartość	Metoda badania
Czystość	>99% tytan	ASTM E2371, analiza ICP
Kształt cząsteczki	Sferyczny >92%	Mikroskopia
Gęstość kranu	2,7-3,7 g/cc	Przepływomierz Halla
Wielkość cząstek	15-45 μm	Dyfrakcja laserowa
Tlen(O)	<2000 ppm	Fuzja gazów obojętnych
Azot (N)	<400 ppm	Fuzja gazów obojętnych
Wodór(H)	<150 ppm	Fuzja gazów obojętnych
Natężenia przepływu	>95% dla 50 μm	Przepływomierz Halla

Przed zakupem należy zapoznać się ze statystycznymi certyfikatami partii od dostawców potwierdzającymi standardowe wymagania dotyczące klasy i spójność wyników w zakresie tych wskaźników.

Właściwości mechaniczne

Stop	Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie (ksi)	Granica plastyczności (ksi)	Wydłużenie (%)
CP Stopień 1	130	120	20%
CP Stopień 2	150	140	18%
Ti-6Al-4V	160	150	10%

Osiągnięcie docelowej wytrzymałości materiału wymaga zoptymalizowanej termicznej obróbki końcowej, takiej jak prasowanie izostatyczne na gorąco i obróbka cieplna. Dopasowanie gatunku do wymaganych właściwości.

Zastosowania AM w metalu

Kluczowe części z dodatków metalowych wykorzystujące sferyczne proszki tytanu:

• Lotnictwo i kosmonautyka: Wsporniki płatowca, żebra skrzydeł, mocowania silnika - wysoka wytrzymałość, niska waga
• Medycyna i stomatologia: implanty bioder, kolan i kręgosłupa; narzędzia chirurgiczne - biokompatybilne
• Motoryzacja: Korbowody, elementy turbosprężarek - odporność na ciepło i korozję
• Konsument: Oprawki okularów, sprzęt sportowy, korpusy zegarków - walory estetyczne
• Przemysłowe: Części do transportu płynów, takie jak zawory, pompy; sprzęt morski; wymienniki ciepła

Wykorzystaj wysoką wytrzymałość właściwą i dostosuj stopy, takie jak Ti6-4, do wymagających środowisk produkcyjnych w różnych branżach.

Specyfikacje branżowe

• ASTM F1580 - Kuty stop tytanu, 6-aluminium i 4-wanadu do implantów chirurgicznych
• ASTM B348 - Pręty, drut, proszek i odkuwki z tytanu i stopów tytanu.
• AMS 4999 - Limity składu dla produkcji proszków stopów tytanu
• ISO 23304 - Proszki metali stosowane w procesach wytwarzania przyrostowego

Przegląd statystycznie zatwierdzonych certyfikatów partii, zapewniających, że jakość partii proszku jest zgodna z certyfikatami.

Względy jakościowe

Metryczny	Dopuszczalny	Metoda badania
Gęstość kranu	≥2,7 g/cc	Przepływomierz Halla
Przepływy	≥95% dla sita 45 μm	Przepływomierz Halla
Kształt cząsteczki	≥92% sferyczny	Mikroskopia
Rozkład wielkości cząstek	Zgodnie z ASTM B348	Dyfrakcja laserowa
Główne międzywarstwy (O, H, N)	<2000; <150; <400 ppm resp.	Fuzja gazów obojętnych

Atrybuty jakości proszku bezpośrednio korelują z końcową wytrzymałością spiekanych części, wykończeniem powierzchni i wskaźnikami defektów.

Zakres cen

Klasa	Wielkość cząstek	Cena za kg
CP Stopień 1	15-45 mikronów	$50-$150
Ti-6Al-4V	15-45 mikronów	$55-$200
Ti-6Al-4V ELI	10-75 mikronów	$250-$750

Ceny zależą od czystości, wielkości proszku, wielkości produkcji i czynników regionalnych. Uzyskaj wiążące oferty budżetowe od wybranych dostawców, dostosowane do Twojego zastosowania.

Rozważania dotyczące zakupu

Parametr	Znaczenie
Certyfikaty jakości	Wysoki
Spójność	Wysoki
Dane dotyczące kwalifikacji części	Średni
Wsparcie techniczne	Średni
Dostępność próbkowania	Niski
Czynniki cenowe	Niski

Najczęściej zadawane pytania

P: Co to jest zbrylanie proszku tytanowego i jak mu zapobiegać?

Zlepianie się cząstek proszku w częściowo spiekane aglomeraty nazywane jest zbrylaniem. Zakłóca to przepływ i gęstość upakowania. Przechowywać w hermetycznych pojemnikach ze środkami osuszającymi, aby zapobiec reakcjom ubocznym pochłaniania wilgoci i tlenu, które z czasem umożliwiają zbrylanie się cząstek tytanu.

P: Czy proszki tytanowe stanowią zagrożenie dla zdrowia?

O: Podobnie jak w przypadku większości drobnych proszków metalicznych, należy unikać wdychania podczas pracy. Poza kwestiami wrażliwości, proszek tytanowy jest stosunkowo obojętny i uważany za nietoksyczny z niskim ryzykiem kontaktu zewnętrznego lub połknięcia. Podczas przechowywania, transportu lub przetwarzania należy stosować odpowiedni sprzęt i procedury ochronne.

P: Jak prawidłowo przechowywać proszek tytanowy?

O: Szczelnie zamknąć pojemniki za pomocą worków ze środkiem osuszającym, aby zapobiec utlenianiu. Ograniczyć wahania temperatury w zakresie 10-30°C. Wyrzucić, jeśli kolor zmieni się z błyszczącego na szary, wskazując na pogorszenie jakości, takie jak kruchość wodorowa. Okres trwałości wynosi ponad 5 lat, jeśli jest prawidłowo przechowywany.

P: Czy proszek tytanowy wymaga specjalnej wysyłki i obsługi?

O: Sklasyfikowany jako nie stwarzający zagrożenia, niepalny. Unikać transportu w ekstremalnie wysokich lub niskich temperaturach. Mocno zabezpieczyć opakowania, aby zapobiec wyciekom lub zanieczyszczeniu. Specjalne zimne opakowania z wkładami żelowymi dostępne dla klas badawczych o wysokiej czystości.

poznaj więcej procesów druku 3D

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

Metryczny	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.

Opinie ekspertów

• 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
• Zrównoważony rozwój:
• 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