Metaliczny proszek tytanu
Spis treści
tytan w proszku Metalurgia tytanu umożliwia wytwarzanie zaawansowanych lekkich części konstrukcyjnych łączących wysoką wytrzymałość właściwą, odporność na korozję i biokompatybilność. Niniejszy przewodnik obejmuje metody produkcji proszku tytanowego, charakterystykę, strategie stopowe, zastosowania, specyfikacje, ceny i porównania z metalami alternatywnymi. Zawiera również kierunki badań i zalecenia ekspertów dotyczące przetwarzania proszku tytanu w celu uzyskania optymalnych właściwości.
Przegląd
Kluczowe atrybuty sprawiają, że tytanowy proszek metaliczny jest przydatny w różnych gałęziach przemysłu, od lotniczego po medyczny:
- Najwyższy stosunek wytrzymałości do masy spośród wszystkich elementów metalowych
- W pełni biokompatybilny i nietoksyczny
- Odporność na słoną wodę, korozję wodną i fizjologiczną
- Obojętność termiczna od temperatur kriogenicznych do 600°C
- Bardziej plastyczne niż konkurencyjne stopy o wysokiej wytrzymałości
- Kompatybilność druku 3D metodą fuzji w złożu proszkowym
- Umożliwia stosowanie lekkich kompozytów i wzmocnionych konstrukcji
Ciągły rozwój metalurgii proszków tytanu umożliwia obecnie drukowanie większych części do implantów ortopedycznych, komponentów lotniczych, systemów samochodowych i wielu ogólnych zastosowań inżynieryjnych wykorzystujących nieodłączne zalety tytanu.
![Proszek tytanowo-metalowy 1 tytan w proszku](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/17-4PH-Stainless-Steel-Powder.jpg)
Metaliczny proszek tytanu Skład
Komercyjnie czysty tytan zawiera >99% tytanu z niską zawartością tlenu i zanieczyszczeń żelazem:
Element | Waga % | Rola |
---|---|---|
Tytan (Ti) | 99.5%+ | Odporność na korozję, wytrzymałość |
Tlen (O) | <0,20% | Zanieczyszczenie - zmniejsza plastyczność |
Żelazo (Fe) | <0,30% | Zanieczyszczenie - zmniejsza odporność na korozję |
Azot (N) | <0,03% | Zanieczyszczenie - powoduje kruchość |
Węgiel (C) | <0,10% | Zanieczyszczenie - zmniejsza wiązanie |
Wysoka reaktywność tytanu oznacza, że nigdy nie występuje on naturalnie w czystej postaci. Jednak po wyekstrahowaniu i oczyszczeniu do postaci proszku, wykazuje wyjątkowe właściwości odpowiednie do produkcji wysokowydajnych części.
Charakterystyka i właściwości
- Wysoki wytrzymałość na rozciąganie - 490 MPa
- Gęstość - 4,5 g/cm3
- Temperatura topnienia - 1668°C
- Rozszerzalność cieplna - 8,6 μm/(m.K)
- Rezystywność elektryczna - 420 nΩ.m
- Przewodność cieplna - 21,9 W/(m.K)
- Paramagnetyczny bez biotoksyczności
- Doskonała biokompatybilność
Właściwości te zależą w dużej mierze od kontroli zanieczyszczeń na etapach produkcji proszku, jak opisano poniżej.
Metody produkcji proszku tytanowego
Proces Armstronga
- Redukcja czterochlorku tytanu za pomocą sodu/magnezu w atmosferze obojętnej
- Proszek o niskiej zawartości pierwiastków międzywęzłowych nadaje się do produkcji addytywnej.
Proces wodorkowy (HDH)
- Najpopularniejsza metoda przekształcania gąbki tytanowej w sferyczny proszek
- Niższy koszt, ale wyższy pobór tlenu wymagający optymalizacji
Kroki | Szczegóły |
---|---|
Surowiec | Wlewka tytanowa lub gąbka |
Hydriding | Proces reakcji Ti z wodorem w celu uzyskania kruchego TiH2 |
Frezowanie | Rozdrabnianie wodorku na drobny proszek |
Odwadnianie | Ostrożne usuwanie wodoru z TiH2 |
Kondycjonowanie | Osuszanie, mieszanie, regulacja rozkładu wielkości cząstek |
Testy końcowe | Testy chemiczne, rozkład wielkości cząstek, kontrola morfologii |
Kluczowe cechy:
- Rozmiary cząstek regulowane w zakresie od 15 mikronów do 150 mikronów
- Prawie kuliste morfologie z niektórymi satelitami
- Kontrolowany niski poziom zanieczyszczeń tlenem i azotem
- Zminimalizowane utlenianie powierzchni za pomocą stabilizującej obróbki cieplnej
- Możliwość mieszania niestandardowych chemikaliów poprzez mieszanie proszków wodorkowych
W następnej sekcji podkreślono niektóre podejścia do konsolidacji proszku tytanowego w części i komponenty do użytku końcowego.
Aplikacje wykorzystujące Metaliczny proszek tytanu
Wytwarzanie przyrostowe
- Drukowanie 3D złożonych geometrii przy użyciu laserowej syntezy proszków
- Implanty lotnicze i medyczne, takie jak ortopedyczne stawy kolanowe/biodrowe
- Niewielka waga komponentów obrabianych maszynowo
Formowanie wtryskowe proszków
- Wysokowydajny kształt siatki małych komponentów, takich jak elementy złączne
- Efektywna kosztowo konsolidacja w tytanowym sprzęcie
Formowanie wtryskowe metali
- Małe, skomplikowane części tytanowe o cienkich ściankach
- Odporne na korozję zawory i złączki
Prasa do metalurgii proszków i spiekania
- Prasowanie izostatyczne na gorąco kapsułkowanego tytanu
- Porowate struktury, takie jak powierzchnie wrastania kości
Natryskiwanie termiczne
- Odporne na zużycie i korozję powłoki tytanowe
- Odzyskiwanie zużytych komponentów za pomocą powłok metalicznych
Powstający: Druk 3D strumieniem spoiwa przy użyciu klejów polimerowych wraz z konsolidacją ultradźwiękową i technikami addytywnego natryskiwania na zimno, które są obecnie opracowywane.
Następnie przedstawiamy ogólne szczegóły specyfikacji używane do zamawiania niestandardowego proszku tytanowego.
-
Proszek Ti45Nb do wytwarzania przyrostowego
-
Proszek stopu TiNb
-
Proszek stopu TiNbZrSn
-
Proszek Ti6Al4V Proszek metalowy na bazie tytanu do produkcji addytywnej
-
CPTi Powder
-
Proszek TC18: Uwolnienie mocy węglika tytanu
-
Proszek TC11: Kompleksowy przewodnik
-
TC4 ELI Powder
-
Najlepszy proszek Ti-6Al-4V (TC4 Powder) do produkcji addytywnej
Specyfikacja proszku tytanowego
Dostępny na rynku proszek tytanowy do zastosowań przemysłowych jest zgodny z ustalonymi wskaźnikami jakości:
Parametr | Typowe wartości |
---|---|
Rozkład wielkości cząstek | 10 μm do 150 μm |
Kształt cząsteczki | Głównie kulisty |
gęstość kranu | 2,2 g/cc do 3,0 g/cc |
Gęstość pozorna | 1,5 g/cc do 2,0 g/cc |
Czystość | Zawartość tytanu 99,7% |
Zanieczyszczenie tlenem | <2000 ppm |
Zanieczyszczenie azotem | <150 ppm |
Zanieczyszczenie wodorem | <100 ppm |
Płynność | Ulepszone dzięki suchym powłokom |
Inżynieria cząstek - Mniejsze jest trudne, ale lepsze. Większe niż 100 mikronów grożą niedoskonałościami.
Czystość - Istotny dla właściwości i zależy od drogi produkcji.
Charakterystyka proszku - Dopasowany do techniki konsolidacji i pożądanej wydajności materiału.
Możliwe znaczne dostosowanie, ale wymaga zobowiązań do partii MOQ. Partnerstwa w zakresie dostaw ułatwiają rozwój aplikacji.
Spostrzeżenia dotyczące przetwarzania proszku tytanu
Obsługa drobnego proszku tytanowego stwarza ryzyko spalania wymagające kontroli bezpieczeństwa:
- Do przechowywania i obsługi należy używać pojemników rękawicowych z gazem obojętnym.
- Unikać przechowywania dużych ilości w pobliżu źródeł zapłonu
- Elektryczne uziemienie sprzętu w celu rozproszenia ładunków elektrostatycznych
- Zastosowanie dedykowanych systemów próżniowych i wentylacyjnych
- Ochrona termiczna reaktywnych półproduktów, takich jak wodorki
- Przestrzeganie ścisłych protokołów bezpieczeństwa ze względu na reaktywność materiału.
W następnej sekcji przeanalizowano ekonomię proszku tytanowego, który pozostaje droższy niż tradycyjne kute formy metalowe.
Analiza cen proszku tytanowego
Produkt | Zakres cen |
---|---|
Proszek Ti klasy badawczo-rozwojowej | $800+ za kg |
Klasa przemysłowa | $100+ za kg |
Klasa lotnicza | $200+ za kg |
Klasa medyczna | $500+ za kg |
Ekonomia produkcji proszków zdominowała koszty gotowych części w stosunku do wartości dodanej materiału. Potencjał lekkości uzasadnia jednak zastosowanie w lotnictwie, kosmonautyce i mobilności wyścigowej.
Rygorystyczne wymagania chemiczne dotyczące certyfikacji biokompatybilności podnoszą ceny produktów medycznych. Wysoka zawartość azotu sprawia, że proszek nie nadaje się do urządzeń implantacyjnych mających kontakt z kością.
Partnerstwa w zakresie dostaw i kwalifikowane umowy LTA pomagają zapewnić najlepsze ceny, stabilizując zmienne wahania surowców w kontrolowanych kosztach gąbki tytanowej.
Porównanie z alternatywnymi rozwiązaniami
Tytan konkuruje ze stalą, stopami aluminium, magnezem i zaawansowanymi kompozytami:
Materiał | Wytrzymałość na rozciąganie | Gęstość | Odporność na korozję | Biokompatybilność | Koszt |
---|---|---|---|---|---|
Tytan Ti64 | Wysoki | Światło | Doskonały | Doskonały | $$$ |
Stal nierdzewna 316L | Średni | Ciężki | Dobry | Uczciwy | $ |
Al 6061 | Średni | Światło | Słaby | Dobry | $ |
Stopy CoCr | Wysoki | Ciężki | Doskonały | Ryzyko toksyczności | $$ |
Mg AZ91 | Niski | Najlżejszy | Uczciwy | Dobry | $ |
Peek Polymer | Średni | Niski | Doskonały | Bio-inert | $$$ |
Zalety tytanu
- Najwyższy stosunek wytrzymałości do wagi
- Pełna odporność na korozję
- Udowodniona biokompatybilność
- Dostępna infrastruktura dostaw
Ograniczenia tytanu
- Wysoka czułość na geometrię projektu
- Trudne wypalanie i usuwanie wiązań
- Obsługa proszków reaktywnych wymaga kontroli
- Stosunkowo drogie ceny surowców
Zrozumienie tych technicznych i komercyjnych kompromisów pomaga zidentyfikować idealne zastosowania, w których metalurgia proszków tytanu przynosi największe korzyści.
Perspektywy badań i rozwoju
Pojawiające się wysiłki mające na celu ulepszenie proszku tytanowego obejmują:
Alloy Design
- Spersonalizowane kompozycje dla implantów dermatologicznych
- Stopy o wysokiej entropii z egzotycznymi mieszankami pierwiastków
Modelowanie
- Przewidywanie ewolucji mikrostrukturalnej podczas obróbki cieplnej
- Charakteryzowanie limitów ponownego użycia proszku
Proces AM
- Drukowanie strumieniem spoiwa, a następnie spiekanie mikrofalowe
- Produkcja hybrydowa łącząca zagęszczanie natryskowe na zimno
Produkcja proszku
- Sferoidyzacja elektrostatyczna bez hydridingu
- Tanie mieszanki proszku tytanowego dzięki ponownemu użyciu
Zastosowania
- Kwalifikacja prototypów turbin lotniczych
- Elektroniczne urządzenia do zarządzania temperaturą
- Bezstopniowa skrzynia biegów
![Proszek tytanowo-metalowy 11 tytan w proszku](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/Copper-base-Solder.png)
Podsumowanie
Tytan jest pierwiastkiem metalicznym o najwyższym stosunku wytrzymałości do masy, ale zawsze był bardzo trudny do wydobycia i wytworzenia przy użyciu tradycyjnych technik odlewania i obróbki skrawaniem. Ostatnie postępy w metalurgii proszków zmieniają potencjał tytanu w zakresie dostarczania lekkich, wysokowytrzymałych drukowanych części łączących odporność na korozję i biokompatybilność. Dostosowanie zgodności chemicznej w zastosowaniach medycznych, lotniczych i motoryzacyjnych odblokowuje obecnie innowacyjne geometrie, które wcześniej były niemożliwe z technicznego lub ekonomicznego punktu widzenia. Jednak radzenie sobie z ryzykiem reaktywności piroforycznej drobnego proszku tytanowego pozostaje barierą wymagającą szczególnej czujności podczas badania możliwości jego zastosowania. Ścisła współpraca ze specjalistycznymi partnerami materiałowymi pozwala na wykorzystanie pełnego potencjału tytanu przy jednoczesnym ograniczeniu ryzyka operacyjnego.
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
Informacje o Met3DP
Odtwórz wideo
Ostatnia aktualizacja
Nasz produkt
KONTAKT
Masz pytania? Wyślij nam wiadomość teraz! Po otrzymaniu wiadomości obsłużymy Twoją prośbę całym zespołem.
![metalowe logo 3dp małe](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/metal-3dp-logo-small.png)
Proszki metali do druku 3D i produkcji addytywnej
PRODUKT
cONTACT INFO
- Miasto Qingdao, Shandong, Chiny
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731