Proszki molibdenowo-tytanowe

Spis treści

Przegląd proszków molibdenowo-tytanowych

proszki molibdenowo-tytanowe odnoszą się do drobnych cząstek metalicznych każdego pierwiastka wytwarzanych w procesach atomizacji. Charakteryzują się one wysoką wytrzymałością, twardością i odpornością na ciepło.

Proszki są stosowane pojedynczo lub jako mieszanki do produkcji wysokowydajnych stopów. Ich kontrolowany rozkład wielkości cząstek umożliwia tworzenie złożonych elementów o kształcie zbliżonym do siatki z warstw podczas drukowania 3D z metalu.

Niektóre kluczowe właściwości proszków molibdenu i tytanu:

Molibden w proszku

  • Doskonała odporność na pełzanie i stabilność w wysokich temperaturach
  • Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej
  • Wysoka twardość i odporność na zużycie
  • Stosowany jako dodatek stopowy do wzmacniania stali i nadstopów

Proszek tytanowy

  • Niezwykle wytrzymały, a jednocześnie lekki metal konstrukcyjny
  • Doskonała odporność na korozję
  • Biokompatybilność dla implantów medycznych
  • Reaktywny i wymaga kontrolowanego przetwarzania

Proszki mieszane/stopowe

  • Połączenie korzystnych właściwości każdego elementu
  • Umożliwia dostosowanie wydajności materiału
  • Wymaga zoptymalizowanych parametrów druku 3D

Manipulując składem za pomocą AM, można tworzyć innowacyjne stopy o doskonałych właściwościach dostosowanych do ekstremalnych warunków.

proszki molibdenowo-tytanowe

Rodzaje proszków molibdenu i tytanu

Proszki molibdenu i tytanu są dostępne na rynku w różnych rodzajach do produkcji dodatków metalowych:

Wariant proszkowyCharakterystykaTypowe zastosowania
MolibdenGatunki czyste i stopoweAM stopów molowych, katalizatorów
Tytan Ti-6Al-4VStop lotniczyNośne konstrukcje lotnicze
Tytan Ti-6Al-7NbBiokompatybilny stop alfa-betaImplanty medyczne, protetyka
Mieszanki pierwiastków Mo-TiNiestandardowe kompozycje stopówZaawansowane aplikacje inżynieryjne
Stopy wzorcowe Mo-TiWstępnie stopione mieszankiUproszczone przetwarzanie AM

W swojej podstawowej formie molibden zapewnia twardość w wysokich temperaturach, podczas gdy tytan zapewnia wytrzymałość i odporność na korozję. Łącząc oba te pierwiastki za pomocą technologii AM, można tworzyć innowacyjne stopy o zwiększonej ogólnej wydajności.

Skład/stopy

Proszki molibdenu i tytanu mają następujący skład nominalny:

Molibden w proszku

ElementZakres składu
Molibden (Mo)99% i nowsze
Tlen (O)0.01% max
Węgiel (C)0.01% max
Żelazo (Fe)0.01% max
Inne metale0.01% max

Wysoka czystość jest wymagana w celu zapewnienia powtarzalności podczas AM i dalszego przetwarzania. Zanieczyszczenia mogą niekorzystnie wpływać na właściwości materiału.

Tytan Ti-6Al-4V

ElementWaga %
Tytan (Ti)Równowaga
Aluminium (Al)5.5-6.75
Wanad (V)3.5-4.5
Żelazo (Fe)< 0.3
Tlen (O)<0.2
Inne metale<0.1

Niewielkie ilości dodatków stopowych aluminium i wanadu znacznie zwiększają wytrzymałość tytanu w lekkich konstrukcjach nośnych.

W przypadku mieszanych proszków Mo-Ti, względne proporcje mogą być zmieniane od 100% Mo do 100% Ti w celu stworzenia niestandardowych stopów. Wykorzystując zarówno pierwiastkowe, jak i wstępnie stopowe proszki mieszane, nieograniczona swoboda kompozycji pozwala na opracowanie dotychczas niezbadanych stopów za pomocą AM.

Właściwości proszki molibdenowo-tytanowe

Molibden w proszku

Właściwości fizyczne
Gęstość10,22 g/cm3
Temperatura topnienia2610°C
Przewodność cieplna138 W/mK
Rezystywność elektryczna5,5 μΩ-cm
Współczynnik rozszerzalności cieplnej5,3 μm/m-°C
Właściwości mechaniczne
Twardość~300 HV
Ostateczna wytrzymałość na rozciąganie600-800 MPa
Granica plastyczności (przesunięcie 0,2%)500+ MPa
Wydłużenie30-50%
Moduł sprężystości325 GPa

Proszek molibdenu umożliwia wytwarzanie niezwykle twardych i odpornych na ciepło stopów przy użyciu technik AM. Części zachowują wysoką wytrzymałość w warunkach utleniania, korozji i zużycia ciernego w podwyższonych temperaturach przekraczających 1000°C.

Tytan Ti-6Al-4V w proszku

Właściwości fizyczneWartości
Gęstość4,43 g/cm3
Temperatura topnienia1604-1660°C
Przewodność cieplna7,2 W/mK
Rezystywność elektryczna170 μΩ-cm
Współczynnik rozszerzalności cieplnej8,6 μm/m-°C
Właściwości mechaniczneJak zbudowanyWyżarzony
Wytrzymałość na rozciąganie1050 MPa950 MPa
Granica plastyczności (przesunięcie 0,2%)900 MPa850 MPa
Wydłużenie~15%~20%
Twardość~350 HV~300 HV

Doskonała równowaga między wysoką wytrzymałością a przyzwoitą ciągliwością sprawia, że jest to niezwykle popularny stop lotniczy do krytycznych części drukowanych w silnikach rakietowych, płatowcach i turbinach.

Mieszając proszki molibdenu i tytanu w różnych proporcjach, można uzyskać kombinację ich właściwości w stopach dostosowanych do indywidualnych potrzeb.

Zastosowania proszków molibdenowo-tytanowych

Obszar zastosowańDźwignia finansowa dla nieruchomościPrzykłady
Przemysł lotniczy i obronnyWysoki stosunek wytrzymałości do masy, doskonała odporność na ciepło- Elementy silników lotniczych (tarcze, łopatki) <br> - Łuski pocisków rakietowych
- Osłony termiczne
BiomedyczneBiokompatybilność, dobra odporność na korozję, wysoka wytrzymałość- Implanty ortopedyczne (protezy stawu biodrowego, stawy kolanowe)
- Implanty dentystyczne
- Narzędzia chirurgiczne
Przetwarzanie chemiczneOdporność na korozję, dobra skrawalność- Reaktory i zbiorniki chemiczne
- Wymienniki ciepła
- Wały mieszadła
Elektronika i elektrykaWysoka przewodność elektryczna, dobra stabilność termiczna- Styki elektryczne i złącza
- Rezystory dużej mocy
- Elektrody do obróbki elektroerozyjnej (EDM)
Wytwarzanie przyrostoweDopasowane właściwości, możliwe złożone geometrie- Lekkie, wysokowydajne komponenty dla przemysłu lotniczego i motoryzacyjnego
- Biokompatybilne implanty o niestandardowych strukturach
- Złożone wymienniki ciepła do wydajnego zarządzania ciepłem

Specyfikacje proszków molibdenowo-tytanowych

Proszki molibdenowe i tytanowe muszą spełniać dokładne wymagania chemiczne i rygorystyczne specyfikacje jakościowe do stosowania w produkcji dodatków zgodnie z przyjętymi w branży standardami:

Standardy czystości chemicznej

Klasa proszkuStandard
MolibdenASTM B393
Tytan Ti-6Al-4VASTM F2924
Tytan Ti-6Al-7NbASTM F3001

Typowa charakterystyka proszku

AtrybutWymaganiaMetody testowe
Kształt cząsteczkiGłównie kulistyObrazowanie SEM zgodnie z ASTM B822
Gęstość pozorna2 do 5 g/ccMPIF 04 lub ASTM B212
Natężenie przepływu>30 s dla testu przepływu HallaASTM B213
Rozkład wielkości cząstekD10, D50, D90 zoptymalizowane pod kątem procesu AMASTM B822
Strata przy zapłonie (LOI)Niski poziom tlenu/azotuAnaliza syntezy gazów obojętnych
MikrostrukturaBez wad, bez satelitówSEM przy dużych powiększeniach

Wymagania te mają na celu zapewnienie równomiernego topienia, braku defektów i powtarzalnych właściwości części końcowych.

Globalni dostawcy

Wielu uznanych producentów dostarcza proszki molibdenu i tytanu do zastosowań AM:

Molibden w proszku

FirmaNazwy marekMetoda produkcji
H.C. StarckMoElektrolityczny
MolymetPureMoRedukcja wodoru
PlanseeMolyPowderRedukcja wapnia
Midwest TungstenTeroMolyRedukcja wapnia

Proszek tytanowy

FirmaOferowane klasyMetody produkcji
AP&CTi-6Al-4V, inne stopy TiAtomizacja plazmowa
Carpenter AdditiveTi-6Al-4VAtomizacja plazmowa
SandvikTi6Al4V ELI, Ti6Al4V ELI-0406Atomizacja plazmowa
TeknaTi-6Al-4V, Ti 6Al-7NbAtomizacja plazmowa
TLS TechnikTi6Al4V, Ti6Al4V ELI, Ti Grade 23Gaz, atomizacja plazmowa

Zarówno uznani producenci proszków metali, jak i wyspecjalizowani producenci proszków AM dostarczają te materiały zgodnie z wymagającymi specyfikacjami branżowymi.

Wycena proszki molibdenowo-tytanowe

Jako powszechnie stosowane materiały w metalowym AM, dostępne są opublikowane wskaźniki cen proszków molibdenu i tytanu:

Molibden w proszku

Wielkość cząstekZakres cen
10-45 μm$40 - $60 na kg
15-53 μm$50 - $70 na kg
Rozmiary niestandardowe> $100 na kg

Tytan Ti-6Al-4V w proszku

Wielkość cząstekZakres cen
15-45 μm$150 - $450 za kg
45-100 μm$100 - $350 za kg
Rozmiary niestandardowe> $500 za kg

Ceny zależą od klasy jakości, wielkości partii, zakresu dystrybucji, atomizacji plazmowej lub gazowej oraz wielkości zakupu. Duże ilości i ceny kontraktowe są zazwyczaj negocjowane bezpośrednio z dostawcami.

Plusy i minusy stopów molibdenu i tytanu z AM

CechaStopy molibdenu (AM)Stopy tytanu (AM)
SiłaBardzo wysoka wytrzymałość i odporność na pełzanie w podwyższonych temperaturach. Idealny do wysokowydajnych zastosowań w przemyśle lotniczym i energetycznym.Doskonały stosunek wytrzymałości do masy. Są lżejsze od stali, ale oferują porównywalną wytrzymałość, co czyni je cennymi w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym i biomedycznym.
WagaStosunkowo gęsty w porównaniu do tytanu, ale wciąż lżejszy niż wiele innych metali o wysokiej wydajności.Znacznie lżejsze niż stal, oferując znaczne korzyści w zakresie redukcji masy w zastosowaniach, w których waga ma kluczowe znaczenie.
Odporność na korozjęOgólnie dobra odporność na korozję, szczególnie w środowiskach redukujących. Może być jednak podatny na utlenianie w wysokich temperaturach.Wyjątkowa odporność na korozję w różnych środowiskach, w tym w wodzie morskiej i płynach ustrojowych. Preferowany materiał do zastosowań morskich i implantów biomedycznych.
BiokompatybilnośćOgraniczona biokompatybilność ze względu na potencjalne uwalnianie jonów molibdenu w organizmie. Nie nadaje się idealnie do większości implantów medycznych.Doskonała biokompatybilność, dzięki czemu dobrze nadają się do implantów i protez.
Wydajność w wysokich temperaturachZachowuje wytrzymałość i odporność na pełzanie w wysokich temperaturach, umożliwiając stosowanie w gorących sekcjach silników odrzutowych i innych ekstremalnych środowiskach.Może zachować dobre właściwości mechaniczne w podwyższonych temperaturach, ale nie w takim samym stopniu jak stopy molibdenu.
Przewodność cieplnaBardzo dobra przewodność cieplna, pozwalająca na efektywne odprowadzanie ciepła w zastosowaniach wysokotemperaturowych.Umiarkowana przewodność cieplna, niższa niż molibdenu, ale wystarczająca do wielu zastosowań.
Możliwość drukowania w produkcji addytywnej (AM)Proszek molibdenu może być trudny w obróbce ze względu na wysoką temperaturę topnienia i reaktywność. Wymaga specjalistycznych technik AM, takich jak topienie wiązką elektronów (EBM).Łatwiejsze do drukowania przy użyciu różnych technik AM, takich jak selektywne topienie laserowe (SLM) i topienie wiązką elektronów (EBM). Właściwości proszku i drukowalność mogą się różnić w zależności od konkretnego stopu tytanu.
KosztMolibden jest pierwiastkiem występującym stosunkowo obficie, ale proces AM może być kosztowny ze względu na specjalistyczny sprzęt i wymagania dotyczące obsługi.Sam tytan jest droższym pierwiastkiem niż molibden. Jednak postępy w technologii AM obniżają koszty części tytanowych.
Wykończenie powierzchniCzęści molibdenowe produkowane metodą AM mogą mieć szorstkie wykończenie powierzchni, co wymaga dodatkowych etapów obróbki końcowej.Części tytanowe AM mogą osiągnąć dobre wykończenie powierzchni w zależności od konkretnego procesu AM i zastosowanych parametrów.
Zastosowania- Elementy wysokotemperaturowe w silnikach odrzutowych i rakietowych - Wymienniki ciepła - Tygle molibdenowe do wysokotemperaturowych procesów topienia- Części lotnicze i kosmiczne (części samolotów, podwozia) - Implanty biomedyczne (protezy kolan, stawy biodrowe) - Części samochodowe (korbowody, elementy zawieszenia) - Artykuły sportowe (kije golfowe, ramy rowerowe)

Jak powstają proszki molibdenu i tytanu?

Zaawansowane procesy atomizacji gazowej wytwarzają drobne proszki metaliczne z precyzyjną kontrolą krytycznych właściwości, takich jak kształt cząstek, zakres rozmiarów i czystość chemiczna.

Atomizacja gazu

Wlewki o wysokiej czystości są topione indukcyjnie w atmosferze obojętnej, a strumień ciekłego metalu wlewany jest do specjalistycznych zbiorników atomizacyjnych. Silne strumienie argonu lub azotu rozpylają metal na drobne kropelki, które szybko zestalają się w proszek.

Optymalizując parametry przepływu gazu i szybkości chłodzenia, uzyskuje się kuliste cząstki o pożądanym rozkładzie wielkości cząstek. Proszek jest następnie przesiewany do różnych klasyfikacji wielkości wymaganych dla różnych procesów AM.

Dodatkowe przetwarzanie

Dalsze kroki mogą być podjęte w celu poprawy właściwości proszku - odgazowanie w celu obniżenia poziomu tlenu, wyżarzanie w celu zmniejszenia naprężeń wewnętrznych wynikających z szybkiego krzepnięcia oraz mieszanie z innymi frakcjami proszku w celu uzyskania określonych zakresów wielkości.

Proszki są ostatecznie pakowane w atmosferze obojętnej, aby zapobiec utlenianiu przed wysyłką do klientów. Protokoły obsługi i przechowywania zapobiegają absorpcji wilgoci lub zanieczyszczeniu podczas dalszego przetwarzania metalu AM.

Binder Jetting a fuzja molibdenu i tytanu w złożu proszkowym

Stopy molibdenu i tytanu mogą być drukowane zarówno przy użyciu technologii binder jetting, jak i fuzji w złożu proszkowym:

AspektBinder JettingPowder Bed Fusion
Metoda budowaniaPłynne środki wiążąceTopienie laserowe/wiązką elektryczną
Rozdzielczość~100 μm~50 μm
PorowatośćWyższy, wymaga infiltracjiNiższa gęstość 99%+
Wykończenie powierzchniSzorstki, wymaga obróbkiUmiarkowany, może wymagać wykończenia
Właściwości mechaniczneNiski, zmienia się w zależności od częściWyższy, bardziej jednolity
Dokładność wymiarowa±0,3% ze skurczem±0,1% lub lepszy
Przetwarzanie końcoweRozdrabnianie, spiekanie, HIPUsuwanie podpór, obróbka cieplna
Rozmiar kompilacjiSkala przemysłowaMniejsze komory
Wymagania czasoweDniGodziny do 1-2 dni
EkonomiaNiższy koszt części, większa objętośćNiższy wolumen, drogi sprzęt

Wtryskiwanie spoiwa jest odpowiednie dla modeli koncepcyjnych ze względu na szybkość i niski koszt. Fuzja w łożu proszkowym tworzy wysokiej jakości części końcowe o doskonałych właściwościach.

proszki molibdenowo-tytanowe

Stopy molibdenu i tytanu - perspektywy

CechaOpisZaletyPotencjalne wyzwania
Doskonałe właściwości mechaniczneMolibden (Mo) wzmacnia tytan (Ti), tworząc stopy o wyjątkowym stosunku wytrzymałości do masy, wysokiej odporności na pełzanie (odporność na odkształcenia pod wpływem naprężeń w wysokich temperaturach) i dobrej wytrzymałości zmęczeniowej (odporność na uszkodzenia pod obciążeniem cyklicznym).- Idealny do zastosowań wymagających lekkich, ale wytrzymałych komponentów, szczególnie w podwyższonych temperaturach. - Umożliwia wydajne projektowanie dzięki mniejszej ilości materiału potrzebnego do uzyskania tego samego poziomu wytrzymałości w porównaniu z cięższymi alternatywami.- Dodatek molibdenu może zmniejszyć plastyczność stopu (zdolność do odkształcania plastycznego), potencjalnie ograniczając jego formowalność w przypadku złożonych kształtów. - Przetwarzanie tych stopów może być złożone i wymagać specjalistycznych technik, potencjalnie wpływając na opłacalność.
Zwiększona wydajność w wysokich temperaturachWysoka temperatura topnienia molibdenu podnosi maksymalną temperaturę pracy stopów Ti-Mo w porównaniu do niestopowego tytanu.- Umożliwia ich stosowanie w środowiskach o ekstremalnie wysokiej temperaturze, takich jak silniki odrzutowe, komponenty rakietowe i wysokowydajne piece. - Zapewnia wydłużoną żywotność komponentów w wymagających zastosowaniach termicznych.- Odporność na utlenianie, czyli odporność na reakcję z tlenem w wysokich temperaturach, może być problemem w przypadku niektórych stopów Ti-Mo. Trwają badania mające na celu poprawę ich odporności na utlenianie poprzez dodatki stopowe lub obróbkę powierzchni.
Zastosowania przewodności elektrycznejNiektóre stopy Ti-Mo, szczególnie te o wyższej zawartości Mo, wykazują dobrą przewodność elektryczną.- Przydatny w zastosowaniach wymagających przesyłu prądu elektrycznego, takich jak elektrody, styki elektryczne i rezystory dużej mocy. - Oferuje potencjalną alternatywę materiałową dla tradycyjnych przewodników, takich jak miedź, w określonych scenariuszach.- Przewodność elektryczna stopów Ti-Mo może nie zawsze odpowiadać przewodności czystej miedzi, co wymaga starannego doboru materiału w oparciu o potrzeby konkretnego zastosowania. - Kruchość w niskich temperaturach może ograniczać ich wykorzystanie w zastosowaniach kriogenicznych.
Pojawiający się potencjał produkcji addytywnejOpracowanie proszków stopowych Ti-Mo kompatybilnych z technikami wytwarzania przyrostowego, takimi jak druk 3D, otwiera nowe możliwości w zakresie projektowania złożonych komponentów i lekkich konstrukcji.- Umożliwia tworzenie skomplikowanych geometrii i struktur kratowych, potencjalnie prowadząc do zmniejszenia masy i poprawy wydajności. - Oferuje większą swobodę projektowania w porównaniu do tradycyjnych metod produkcji.- Produkcja proszków i optymalizacja drukowalności stopów Ti-Mo to obszary, nad którymi trwają badania. - Zapewnienie spójnych właściwości materiału i kontroli jakości w całym procesie produkcji addytywnej wymaga dalszego rozwoju.
Wzrost i rozwój rynkuPrzewiduje się, że globalny rynek stopów Ti-Mo będzie odnotowywał stały wzrost ze względu na rosnący popyt w sektorze lotniczym, biomedycznym i energetycznym.- Rosnące zapotrzebowanie na lekkie i wysokowydajne materiały w tych branżach napędza ekspansję rynku. - Postęp technologiczny w metodach przetwarzania i produkcji może dodatkowo poprawić opłacalność i poszerzyć potencjał zastosowań.- Konkurencja ze strony uznanych materiałów, takich jak aluminium i wysokowydajne stale, może ograniczyć udział w rynku w niektórych sektorach. - Wahania cen molibdenu i tytanu mogą wpływać na ogólny koszt stopów Ti-Mo.

Najczęściej zadawane pytania

P: Do czego służy molibden?

O: Dzięki doskonałym właściwościom wysokotemperaturowym molibden jest stosowany jako dodatek stopowy do wzmacniania stali żaroodpornych i nadstopów stosowanych w przemyśle lotniczym, energetycznym, budowie pieców, komponentach rakietowych i innych wymagających zastosowaniach.

P: Czy molibden jest toksyczny?

O: Pierwiastkowy molibden i jego stopy mają ogólnie niski poziom toksyczności i są bezpieczne w zastosowaniach inżynieryjnych. Jednak niektóre związki molibdenu wdychane przez długi czas mogą mieć potencjalne działanie rakotwórcze, co uzasadnia stosowanie sprzętu ochronnego podczas obsługi i obróbki.

P: Czy tytan jest drogi?

Stopy tytanu charakteryzują się wyższymi kosztami surowców w porównaniu do stali i stopów aluminium. Jednakże, przy współczynnikach zakupu do lotu zbliżających się do 1 dla produkcji AM, koszty gotowych części tytanowych mogą być ekonomiczne dla branż takich jak lotnictwo i kosmonautyka, które chcą przyjąć nowe technologie i projekty.

P: Co sprawia, że tytan jest idealnym materiałem na implanty?

O: Biokompatybilność stopów tytanu w połączeniu z ich wysokim stosunkiem wytrzymałości do masy sprawia, że idealnie nadają się one do zastępowania ludzkiej kości. Moduł sprężystości można zmniejszyć do wartości zbliżonej do kości poprzez dodanie biokompatybilnych stabilizatorów beta, takich jak Nb i Ta, w celu zwiększenia trwałości implantów przenoszących obciążenia.

P: Który proces druku 3D jest stosowany w przypadku molibdenu i tytanu?

W przypadku wysokowydajnych części do zastosowań końcowych stosuje się głównie techniki stapiania w złożu proszkowym, takie jak selektywne topienie laserowe (SLM) i topienie wiązką elektronów (EBM). Wysokotemperaturowe źródło ciepła pozwala uzyskać materiały o niemal pełnej gęstości i doskonałych właściwościach dostosowanych do zastosowań inżynieryjnych.

P: Po co mieszać molibden z proszkiem tytanowym?

Molibden zwiększa twardość w wysokich temperaturach, odporność na pełzanie i właściwości podobne do stali narzędziowej, podczas gdy tytan zapewnia doskonałą odporność na korozję i niską gęstość. Razem, niestandardowe stopy wykonane przez bezpośrednie mieszanie proszków przy użyciu AM stanowią idealne połączenie dla zaawansowanych zastosowań.

poznaj więcej procesów druku 3D

Udostępnij

Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
E-mail

MET3DP Technology Co., LTD jest wiodącym dostawcą rozwiązań w zakresie produkcji addytywnej z siedzibą w Qingdao w Chinach. Nasza firma specjalizuje się w sprzęcie do druku 3D i wysokowydajnych proszkach metali do zastosowań przemysłowych.

Zapytaj o najlepszą cenę i spersonalizowane rozwiązanie dla Twojej firmy!

Powiązane artykuły

Pobierz Metal3DP
Broszura produktu

Pobierz najnowsze produkty i cennik