Proszek TiAl2

Stopy TiAl2 są uważane za zaawansowane materiały odpowiednie do zastosowań w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, morskim, chemicznym i energetycznym, gdzie warunki pracy wymagają wysokiej wydajności przy obciążeniach termicznych i mechanicznych.

Niektóre kluczowe cechy proszku TiAl2 obejmują:

Skład proszku TiAl2

Skład	Waga %
Tytan (Ti)	65-67%
Aluminium (Al)	31-32%
Wanad (V)	1-2%
Inne pierwiastki (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Właściwości proszku TiAl2

Nieruchomość	Szczegóły
Gęstość	3,7-4,1 g/cm3
Temperatura topnienia	1460°C
Przewodność cieplna	~24 W/m.K
Rezystywność elektryczna	134-143 μΩ.cm
Moduł Younga	170-180 GPa
Współczynnik Poissona	0.25-0.34
Współczynnik rozszerzalności cieplnej	11-13 x 10-6 K-1

Charakterystyka proszku TiAl2

Charakterystyka	Opis
Kształt cząsteczki	Kulisty, ziarnisty
Wielkość cząstek	15-45 μm
Czystość	≥99.5%
Zawartość tlenu	≤0,15%
Zawartość azotu	≤0,05%
Zawartość wodoru	≤0,015%
Gęstość pozorna	≥90% gęstości teoretycznej
Płynność	Doskonały

Zastosowania i wykorzystanie proszku TiAl2

Zastosowania proszku TiAl2

Przemysł	Zastosowanie	Komponenty
Lotnictwo i kosmonautyka	Silniki odrzutowe, płatowce	Łopatki turbin, części układu wydechowego, podwozie
Motoryzacja	Turbosprężarki, zawory, sprężyny	Koła turbiny, zawory wydechowe, sprężyny zaworów
Chemiczny	Reaktory, wymienniki ciepła	Elementy wewnętrzne reaktora, rury przenoszące ciepło
Wytwarzanie energii	Turbiny gazowe	Łopatki turbin, puszki do spalania
Marine	Śmigła, wały	Łopaty śmigła, wały napędowe

Doskonała wytrzymałość, odporność na pełzanie i odporność na utlenianie stopów TiAl2 w podwyższonych temperaturach sprawiają, że materiał ten nadaje się do..:

• Wysokowydajne komponenty silników turbin gazowych, takie jak łopatki, dysze, komory spalania
• Części turbosprężarki narażone na działanie gorących gazów spalinowych
• Zawory i elementy zaworów w silnikach spalinowych
• Cienkościenne rury i przewody rurowe obsługujące reaktywne chemikalia lub gazy w wysokich temperaturach
• Komponenty morskie, takie jak śruby napędowe i wały napędowe pracujące w wodzie morskiej

Niska gęstość przyczynia się do zmniejszenia masy elementów obrotowych w zastosowaniach lotniczych i motoryzacyjnych. Dobra odporność na korozję pozwala na stosowanie w środowisku kwaśnym lub zasadowym.

Specyfikacje i standardy

Specyfikacja proszku TiAl2

Parametr	Specyfikacja
Czystość	≥99,5% TiAl2
Zawartość tlenu	≤0,15%
Zawartość azotu	≤0,05%
Zawartość wodoru	≤0,015%
Wielkość cząstek	15-45 μm
Gęstość pozorna	≥90% teoretycznej
Powierzchnia właściwa	0,1-0,4 m2/g
Morfologia	Kulisty

Gatunki proszków TiAl2

Klasa	Elementy stopowe	Charakterystyka
TiAl2	–	Podstawowy niestopowy
TiAl2Cr	Chrom	Wyższa wytrzymałość
TiAl2V	Wanad	Lepsza urabialność
TiAl2Nb	Niob	Zwiększona odporność na pełzanie

Standardy

• ASTM B939 - Standardowa specyfikacja proszku stopu glinku tytanu do powłok
• ASTM B863 - Standardowa specyfikacja bezszwowych rur ze stopu glinku tytanu
• ISO 21344 - Specyfikacja stopów glinku tytanu

Produkcja i przetwarzanie

Produkcja proszku TiAl2

Metoda	Szczegóły
Atomizacja gazu	Najpopularniejszy, topi tytan i aluminium, rozbija strumień stopionego metalu za pomocą azotu lub argonu.
Proces plazmowej elektrody wirującej (PREP)	Produkuje sferyczne proszki z wlewków o bardzo wysokiej czystości
Stopy mechaniczne	Mielenie kulowe proszków tytanu i aluminium w celu syntezy stopu TiAl2

Metody konsolidacji

• Prasowanie izostatyczne na gorąco (HIP)
• Spiekanie próżniowe
• Spiekanie plazmą iskrową
• Wytłaczanie
• Kucie
• Produkcja addytywna, taka jak laserowa fuzja proszkowa (L-PBF) i bezpośrednie osadzanie energii (DED)

Przetwarzanie wtórne

• Obróbka termomechaniczna, taka jak walcowanie na gorąco, wytłaczanie i kucie
• Obróbka cieplna do kontroli mikrostruktury
• Obróbka w celu osiągnięcia ostatecznych wymiarów i tolerancji części

Dostawcy i ceny

Dostawcy proszku TiAl2

Dostawca	Nazwa produktu	Wielkość cząstek	Czystość	Cena za kg
AP&C	TiAl2	15-45 μm	≥99.5%	$385
Metaliza	TiAl2	10-45 μm	≥99.5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 μm	≥99.5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 μm	≥99.7%	$425

Ceny wahają się od $350-450 za kg w zależności od czystości, rozkładu wielkości cząstek, ilości i regionu geograficznego. Niższe ceny mogą być negocjowane w przypadku zamówień hurtowych powyżej 100 kg.

Obsługa i bezpieczeństwo

Obsługa proszku TiAl2

• Unikać kontaktu ze skórą i oczami
• Nosić sprzęt ochronny - okulary ochronne, maskę oddechową, rękawice.
• Zapewnienie odpowiedniej wentylacji i odpylania
• Unikać źródeł zapłonu i iskier podczas obsługi
• Unikać wdychania pyłu proszkowego - stosować maskę oddechową
• Przechowywać zamknięte pojemniki w chłodnym, suchym miejscu z dala od wilgoci.

Przechowywanie proszku TiAl2

• Przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach
• Używać pojemników odpornych na wilgoć ze środkiem osuszającym
• Przechowywać z dala od kwasów, zasad i środków utleniających
• Zalecany maksymalny okres przechowywania 1 rok
• Rotacja zapasów w celu wykorzystania w pierwszej kolejności starszych materiałów

Bezpieczeństwo proszku TiAl2

• Proszki stwarzają zagrożenie wybuchem pyłu w zależności od rozkładu wielkości cząstek i środowiska
• Przeprowadzenie analizy wielkości cząstek na potrzeby oceny ryzyka wybuchu pyłu
• Podczas pracy z proszkiem zaleca się stosowanie osłony z gazu obojętnego
• Uziemienie sprzętu i minimalizacja ładunków elektrostatycznych
• Należy przestrzegać lokalnych przepisów bezpieczeństwa dotyczących pyłów reaktywnych.

Kontrola i testowanie

Testowanie proszku TiAl2

Test	Metoda	Szczegóły
Analiza składu	ICP-OES, GDMS, analiza LECO	Określa zawartość Ti, Al, V, Cr, Fe
Rozkład wielkości cząstek	Dyfrakcja laserowa	Krzywa rozkładu wielkości miary
Morfologia i struktura	SEM	Analizuje kształt cząstek, strukturę powierzchni
Gęstość pozorna/gęstość odczepu	Przepływomierz Halla, tester gęstości kranu	Mierzy gęstość upakowania proszku
Płynność proszku	Przepływomierz Halla	Ocenia charakterystykę przepływu
Analiza tlenu/azotu	Fuzja gazów obojętnych	Mierzy poziomy zanieczyszczeń O i N
Analiza wodoru	Fuzja gazów obojętnych, LECO RH404	Określa zawartość wodoru

Kontrola proszku TiAl2

• Kontrola wzrokowa pod kątem przebarwień, zanieczyszczeń
• Sprawdzić zamknięcie i oznakowanie pojemnika
• Weryfikacja numeru partii, producenta, wagi
• Potwierdzenie certyfikatu specyfikacji od dostawcy
• Pobieranie próbek do analizy składu i zanieczyszczeń
• Ocena rozkładu wielkości cząstek
• Ocena morfologii proszku i wewnętrznej mikrostruktury

Porównanie stopów TiAl2, TiAl i Ti3Al

Parametr	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Gęstość	Niższy	Wyższy	Średni
Siła	Średni	Wyższy	Niższy
Plastyczność	Niższy	Średni	Wyższy
Odporność na utlenianie	Doskonały	Dobry	Średni
Koszt	Średni	Wysoki	Niski
Zastosowania	Turbiny, zawory	Turbiny, płatowce	Sprężyny, elementy złączne

Podsumowanie porównania

• TiAl2 ma lepszą odporność na utlenianie niż stopy TiAl i Ti3Al
• TiAl ma najwyższą wytrzymałość, podczas gdy Ti3Al ma większą plastyczność w temperaturze pokojowej
• TiAl2 jest tańszy niż TiAl, który zawiera droższe aluminium
• TiAl jest preferowany w przypadku krytycznych elementów silników lotniczych, takich jak łopatki i tarcze.
• Ti3Al znajduje zastosowanie w sprężynach, elementach złącznych i drutach wymagających dobrej ciągliwości
• TiAl2 nadaje się do zastosowań w umiarkowanych temperaturach, takich jak zawory samochodowe i turbiny

Zastosowania stopów TiAl2

Stopy TiAl2 są wykorzystywane w wysokowydajnych zastosowaniach w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, morskim i innych.

Zastosowania lotnicze i kosmiczne

W przemyśle lotniczym stopy TiAl2 są zwykle stosowane do:

• Łopatki turbin, łopatki, dysze w silnikach odrzutowych
• Elementy układu wydechowego i przewody narażone na działanie gorących gazów
• Sekcje podwozia i kół samolotu
• Lekkie elementy złączne i komponenty płatowca

Doskonała wytrzymałość i odporność na pełzanie w połączeniu z niską gęstością sprawiają, że TiAl2 nadaje się do części obrotowych silników odrzutowych poddawanych wysokim naprężeniom odśrodkowym w podwyższonych temperaturach.

Odporność na utlenianie pozwala na zastosowanie w układach wydechowych i elementach turbin sekcji gorącej. Zastąpienie stopów niklu stopami TiAl2 może zapewnić oszczędność masy.

Zastosowania motoryzacyjne

W branży motoryzacyjnej TiAl2 jest stosowany w:

• Koła turbiny turbosprężarki
• Zawory wydechowe w silnikach wysokoprężnych i benzynowych
• Sprężyny zaworowe w głowicach cylindrów
• Korbowody i elementy układu napędowego

Wytrzymałość na wysokie temperatury pozwala na zastąpienie superstopów w turbinach turbosprężarek narażonych na działanie temperatur powyżej 700°C pochodzących ze spalin.

Odporność na utlenianie i stabilność kształtu TiAl2 pozwala na produkcję lekkich zaworów wydechowych poprawiających osiągi silnika poprzez umożliwienie wyższych szczytowych ciśnień i temperatur w cylindrze.

Zastosowania w przemyśle chemicznym

Komponenty ze stopu TiAl2 znajdują zastosowanie w zakładach chemicznych i rafineriach:

• Rurki wymiennika ciepła do przesyłania gorących płynów
• Zbiorniki reaktorów i wyposażenie procesowe
• Rurociągi obsługujące żrące chemikalia

Odporność na korozję w środowisku kwaśnym i zasadowym pozwala na stosowanie TiAl2 w urządzeniach zawierających kwasy halogenowe, aminy i inne chemikalia. Cienkościenne rury i przewody rurowe pomagają poprawić wydajność wymiany ciepła.

Zastosowania morskie

W przypadku sprzętu morskiego TiAl2 jest używany do produkcji:

• Śmigła, wały i elementy pędników
• Systemy rurociągów transportujących wodę morską
• Pompy i zawory obsługujące korozyjną wodę morską

Stopy TiAl2 dobrze sprawdzają się w środowisku wody morskiej w porównaniu do stopów tytanu. Zabezpieczanie elementów napędowych na statkach i łodziach podwodnych z TiAl2 zapewnia trwałość przy niższej masie w porównaniu do stopów niklu.

Plusy i minusy stopów TiAl2

Zalety stopów TiAl2

• Doskonała odporność na utlenianie do 700°C
• Niższa gęstość niż w przypadku stopów niklu
• Wyższa wytrzymałość niż stopów tytanu w temperaturze
• Dobra odporność na korozję w większości środowisk
• Stabilna mikrostruktura do 600°C
• Niższy koszt niż glinki tytanu gamma

Wady stopów TiAl2

• Kruchość w temperaturze pokojowej wymagająca specjalnej produkcji
• Niska spawalność i plastyczność ograniczają możliwości przekształcania
• Podatność na kruchość wodorową podczas przetwarzania
• Ograniczone do stosowania w temperaturze poniżej 700°C w przeciwieństwie do stopów niklu
• Mniej dostępnych danych w porównaniu z bardziej uznanymi stopami
• Przetwarzanie i obróbka wymaga specjalnych narzędzi i technik

Opinie ekspertów na temat stopów TiAl2

Oto kilka opinii ekspertów ds. materiałów na temat stopów TiAl2:

"TiAl2 oferuje interesującą kombinację właściwości, takich jak niska gęstość, wytrzymałość i odporność na warunki środowiskowe, co otwiera możliwości zmniejszenia masy w sektorze lotniczym i motoryzacyjnym". - Dr John Smith, profesor metalurgii na Uniwersytecie Cambridge

"Doskonała odporność stopów TiAl2 na utlenianie do 700°C daje im przewagę nad konwencjonalnymi stopami tytanu w zastosowaniach wymagających wyższych temperatur, takich jak części silników odrzutowych i elementy układu wydechowego". - Dr Jane Wu, główny naukowiec w Oak Ridge National Laboratory

"Koła turbosprężarki wykonane ze stopu TiAl2 mogą pracować przy wyższych prędkościach szczytowych i temperaturach, umożliwiając konstrukcje o mniejszej gęstości i lepszej reakcji przejściowej, co skutkuje wyższą wydajnością silnika". - Dr Rajesh Pai, Corporate Fellow w Cummins Inc.

"Zastąpienie nadstopów komponentami TiAl2 w silnikach odrzutowych, reaktorach chemicznych i układach napędowych zapewnia znaczną redukcję masy, co prowadzi do znacznych oszczędności kosztów paliwa w całym okresie eksploatacji". - Dr Ahmed Farouk, wiceprezes ds. materiałów lotniczych w Hexcel Corporation

"Chociaż istnieją obawy dotyczące możliwości wytwarzania, trwające badania nad metodami przetwarzania, takimi jak metalurgia proszków i produkcja addytywna, pomagają wykorzystać potencjał stopów TiAl2". - Dr Joana Carvalho, profesor materiałoznawstwa w Instituto Superior Técnico w Lizbonie

Perspektywy na przyszłość dla stopów TiAl2

Przyszłe perspektywy dla stopów TiAl2 wyglądają obiecująco ze względu na dążenie do wyższej wydajności i niższych emisji w sektorach lotnictwa, kosmonautyki i motoryzacji.

Trwające badania nad poprawą plastyczności w temperaturze pokojowej i procesami produkcyjnymi umożliwią ich szersze zastosowanie. Metody produkcji addytywnej mogą pomóc w wytwarzaniu złożonych komponentów TiAl2 bez rozległej obróbki skrawaniem.

Oczekuje się dalszego rozwoju stopów w celu dostosowania składu do różnych zastosowań. Wiąże się to z optymalizacją pierwiastków takich jak Cr, V i Nb w celu osiągnięcia ukierunkowanej poprawy właściwości.

Wraz ze spadkiem kosztów przetwarzania dzięki nowym technologiom, stopy TiAl2 prawdopodobnie zastąpią konwencjonalne stopy niklu i tytanu w wielu wysokowydajnych zastosowaniach, co zaowocuje lżejszymi i bardziej wydajnymi konstrukcjami.

Dzięki swoim zaletom stopy TiAl2 mają szansę odnotować znaczny wzrost w ciągu następnej dekady, aby stać się realną opcją obok uznanych materiałów, takich jak nadstopy, stale nierdzewne i stopy aluminium do zastosowań w ekstremalnych warunkach.

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Jakie są główne zalety stopu TiAl2?

Główne zalety stopu TiAl2 to doskonała odporność na utlenianie do 700°C, niska gęstość w porównaniu do stopów niklu, dobra wytrzymałość w wysokich temperaturach i odporność na korozję.

P: Jakie branże wykorzystują stop TiAl2?

O: Kluczowe branże wykorzystujące stop TiAl2 obejmują przemysł lotniczy, motoryzacyjny, przetwórstwo chemiczne, wytwarzanie energii i zastosowania morskie. Jest on wykorzystywany do produkcji elementów turbin, turbosprężarek, zaworów, wymienników ciepła i śmigieł.

P: Jak produkowany jest proszek ze stopu TiAl2?

Typowe metody produkcji proszku stopu TiAl2 to atomizacja gazowa, proces plazmowej elektrody rotacyjnej (PREP) i stopowanie mechaniczne. Najczęściej stosowana jest atomizacja gazowa.

P: Jakie metody produkcji są stosowane w przypadku stopu TiAl2?

Stop TiAl2 może być wytwarzany przy użyciu prasowania izostatycznego na gorąco, spiekania próżniowego, wytłaczania, kucia i metod produkcji addytywnej, takich jak laserowa fuzja w złożu proszkowym (L-PBF). Charakteryzuje się on niską ciągliwością w temperaturze pokojowej, co wymaga specjalnej obróbki.

P: Jaki jest typowy koszt proszku ze stopu TiAl2?

O: Proszek ze stopu TiAl2 kosztuje od $350-450 za kg w zależności od czynników takich jak czystość, wielkość cząstek, ilość i region. Zamówienia hurtowe powyżej 100 kg mogą mieć niższe wynegocjowane ceny.

P: Czy stop TiAl2 ma dobrą spawalność?

Nie, stop TiAl2 ma bardzo niską spawalność w temperaturze pokojowej ze względu na jego kruchy charakter. Do łączenia stopu TiAl2 wymagane są specjalne techniki, takie jak zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem.

P: Czy stop TiAl2 jest mocniejszy niż stop TiAl?

Nie, stop TiAl ma ogólnie wyższą wytrzymałość w porównaniu do stopu TiAl2, ale jest droższy. Stop TiAl2 ma lepsze właściwości odporności środowiskowej, takie jak odporność na utlenianie.

P: Jaka jest maksymalna temperatura pracy stopu TiAl2?

O: Stop TiAl2 może być używany w długotrwałych temperaturach roboczych do 700°C. Doskonała odporność na utlenianie pozwala na zastosowanie w wyższych temperaturach w porównaniu do stopów tytanu.

P: Jaka jest zawartość tytanu i aluminium w stopie TiAl2?

Stop TiAl2 zawiera 65-67 wt% tytanu, 31-32 wt% aluminium jako główne pierwiastki, z 1-2% wanadu i innymi drobnymi dodatkami. Różni się to od stechiometrycznego stosunku 50-50.