Состав порошка сплава TiNbZrSn

Порошок сплава TiNbZrSn состоит из следующих элементов:

Элемент	Вес %
Титан (Ti)	35-40%
Ниобий (Nb)	35-40%
Цирконий (Zr)	5-10%
Олово (Sn)	5-10%

Такое точное сочетание титана, ниобия, циркония и олова позволяет получить сплав, обладающий высокими прочностью, твердостью и упругостью по сравнению с обычными сплавами. В частности, содержание ниобия значительно повышает механические характеристики.

Тщательно контролируя соотношение составляющих металлов, можно оптимизировать свойства порошка сплава для различных применений, требующих высоких прочностных и весовых характеристик, коррозионной стойкости, биосовместимости или высокотемпературной стойкости.

Свойства порошка сплава TiNbZrSn

Порошок сплава TiNbZrSn обладает следующими исключительными свойствами:

Недвижимость	Описание
Высокая прочность	Прочность свыше 1400 МПа, на уровне современных аэрокосмических сплавов
Низкая плотность	Плотность около 6,5 г/см3, что значительно ниже, чем у стали
Отличная эластичность	Модуль Юнга около 100 ГПа, что обеспечивает гибкость
Высокая твердость	Твердость по Виккерсу более 450 HV, лучшая абразивная стойкость по сравнению с нержавеющей сталью
Хорошая коррозионная стойкость	Устойчивость к коррозии в жестких условиях эксплуатации
Биосовместимость	Нетоксичен и подходит для медицинских имплантатов
Высокая температура плавления	Плавление при температуре выше 2500°C, что делает его пригодным для использования в высокотемпературных системах

Сочетание высокой прочности, малой массы, твердости и упругости является редким и делает TiNbZrSn чрезвычайно универсальным материалом. По многим свойствам он превосходит обычные сплавы, такие как нержавеющая сталь.

Производство порошка сплава TiNbZrSn

Порошок сплава TiNbZrSn может быть получен следующими современными методами:

Метод	Описание
Распыление газа	Расплавленный сплав распыляется на мелкие капли, которые застывают в порошок
Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP)	Электрод быстро вращается в плазменной дуге и распадается на порошок
Гидрид-дегидрид (HDH)	Сплав подвергается гидрогенизации, механическому измельчению в порошок, затем дегидрогенизации

Газовое распыление позволяет контролировать распределение частиц по размерам и получать гладкий сферический порошок, идеально подходящий для аддитивного производства. Методы PREP и HDH позволяют экономично получать порошок неправильной формы, пригодный для прессования и спекания.

В процессе производства порошка можно точно поддерживать состав сплава, что обеспечивает стабильность свойств. Атмосфера инертного газа высокой чистоты предотвращает загрязнение.

Применение порошка сплава TiNbZrSn

Благодаря сбалансированным свойствам материала порошок сплава TiNbZrSn используется в следующих областях:

Промышленность	Приложение
Аэрокосмическая промышленность	Компоненты авиационных и ракетных двигателей, космические системы
Автомобильная промышленность	Пружины клапанов, крепеж, приводы
Медицина	Имплантаты, протезы, устройства
Оборона	Броня, боеприпасы, баллистика
Аддитивное производство	3D-печатные детали с высокой прочностью
Химическая обработка	Коррозионностойкие сосуды, трубопроводы

Сочетание прочности, твердости и биосовместимости делает TiNbZrSn пригодным для использования в нагружаемых имплантируемых устройствах, таких как тазобедренные и коленные суставы. Коррозионная стойкость позволяет использовать его в военно-морском флоте в условиях воздействия морской воды. А его высокотемпературная стойкость является преимуществом при использовании в реактивных двигателях и турбинах.

По сравнению с традиционными сплавами TiNbZrSn позволяет создавать более легкие, прочные и долговечные детали, что дает ему преимущество в ответственных отраслях промышленности.

Технические характеристики порошка сплава TiNbZrSn

Порошок сплава TiNbZrSn коммерчески доступен в следующих спецификациях:

Атрибут	Подробности
Размеры частиц	15-45 мкм, 45-106 мкм, 106-250 мкм
Форма частиц	Сферические, неправильные
Чистота	До 99,9%
Содержание кислорода	Менее 2000 промилле
Порошковые марки	5 класс, 23, 23 ЭЛИ
Форма поставки	Порошок, спеченные преформы

Предлагается как сферический порошок, распыляемый газом, так и порошок неправильной формы, производимый компаниями HDH или PREP. Порошок меньшего размера 15-45 мкм подходит для аддитивного производства, требующего хорошей текучести и упаковки. Более крупный порошок размером 106-250 мкм обычно используется для прессования и спекания.

Такие стандарты, как ASTM F1805 и ISO 5832, устанавливают предельные составы и требуемые свойства порошка биомедицинского класса 23 ELI. Также возможно изготовление сплавов и частиц нестандартных размеров для удовлетворения требований приложений.

Поставщики порошка сплава TiNbZrSn

К числу ведущих мировых поставщиков порошка сплава TiNbZrSn относятся:

Поставщик	Расположение
АМЕТЕК	США
Порошок CNPC	Китай
GKN Hoeganaes	Европа
Технология LPW	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
Sandvik Osprey	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ

Такие поставщики имеют современные собственные установки для производства порошков с использованием газового распыления или гидридно-дегидридных процессов. Они могут обеспечить различное распределение частиц по размерам и при необходимости изменить состав сплава.

Возможны как небольшие партии для создания прототипов, так и крупные коммерческие объемы. Поставщики осуществляют строгий контроль качества и испытания для обеспечения соответствия порошка техническим условиям.

Ценообразование на порошки сплавов TiNbZrSn

Порошок TiNbZrSn, являясь передовым специализированным сплавом, имеет высокую цену:

Степень порошкообразности	Диапазон цен
5 класс	$350-$500 за кг
23 класс	$450-$650 за кг
23 класс ELI	$550-$750 за кг

Цена зависит от объема заказа, гранулометрического состава, формы и состава частиц. Небольшие объемы мелкого сферического порошка стоят дороже. Порошок неправильной формы и большие партии позволяют снизить стоимость.

Цена на них в несколько раз выше, чем на обычные сплавы, такие как порошок из нержавеющей стали 316L. Однако превосходные свойства оправдывают более высокую стоимость для ответственных применений, требующих максимальной производительности.

Обработка порошка сплава TiNbZrSn

Безопасное обращение с порошком сплава TiNbZrSn:

• Хранить герметично закрытые контейнеры в сухом прохладном месте для предотвращения окисления и увлажнения
• Не допускать пролива во избежание накопления порошка как взрывоопасного вещества
• Заземлить все оборудование для обработки порошка и транспортные емкости
• При работе с порошком используйте перчатки и средства защиты органов дыхания
• Используйте неискрящие инструменты и вакуумные системы с инертным газом
• При необходимости использовать вентиляцию и точечное удаление дыма

Мелкий размер частиц делает порошок TiNbZrSn легко воспламеняющимся при диспергировании. Осторожное обращение с ним требует соблюдения правил техники безопасности. Рекомендуется использовать автоматизированные перчаточные боксы и системы защиты.

Контроль порошка сплава TiNbZrSn

Порошок сплава TiNbZrSn должен быть проверен на наличие:

Параметр	Метод	Критерии приемлемости
Распределение частиц по размерам	Лазерная дифракция, просеивание	Соответствует заданному диапазону
Форма частиц	СЭМ-изображение	Сферические, гладкие поверхности
Химия частиц	EDX/EDS, ICP-OES	Соответствует заданному составу
Кислород/азот	Сплавление в инертных газах	Ниже 2000 ppm кислорода
Кажущаяся плотность	Расходомер Холла	Улучшенный поток для повышения плотности
Расход	Расходомер Холла	Свободно проходит через диафрагму

Эти испытания обеспечивают соответствие порошка требованиям по размеру, форме, химическому составу, чистоте и текучести, необходимым для применения в АМ или прессовании и спекании.

Испытания порошка сплава TiNbZrSn

Для квалификации порошка сплава TiNbZrSn могут быть проведены следующие дополнительные испытания:

Тест	Метод	Назначение
Сжимаемость	Одноосное прессование	Оценка реакции на уплотнение
Прочность зеленого цвета	Предел прочности при поперечном разрыве	Измерение прочности до спекания
Плотность после спекания	Измерение размеров	Обеспечение полной консолидации
Микроструктура	Оптическая микроскопия, РЭМ	Оценка плавления, пористости, зернистости
Твердость	Тесты Виккерса/Роквелла	Проверка механических свойств
Прочность на разрыв	ASTM E8	Измерение UTS, текучести, удлинения

Испытания спрессованных и спеченных образцов целесообразно проводить для подтверждения технологичности порошка и соответствия конечных механических свойств проектным требованиям.

Плюсы и минусы порошка сплава TiNbZrSn

Преимущества	Недостатки
Исключительное соотношение прочности и веса	Дороговизна по сравнению с обычными сплавами
Более высокая эластичность по сравнению с другими высокопрочными сплавами	Более низкая пластичность по сравнению с титановыми сплавами
Отличная твердость и износостойкость	Требует осторожного обращения из-за реакционной способности
Устойчивость к коррозии в жестких условиях эксплуатации	Сложность обработки и шлифования
Биосовместимость для использования в медицинских целях	Ограниченность поставщиков и их доступность
Выдерживает экстремально высокие температуры	Для полной консолидации требуется горячее изостатическое прессование

Для ответственных применений, где производительность превосходит стоимость, порошок сплава TiNbZrSn обеспечивает свойства, не сравнимые с другими сплавами. Основными ограничениями являются стоимость и доступность.

Сравнение TiNbZrSn с другими сплавами

Чем TiNbZrSn отличается от других порошков высокоэффективных сплавов?

В сравнении с нержавеющей сталью:

• В 2 раза более высокая прочность
• 70% меньшая плотность
• В 5 раз более высокая твердость
• Лучшая коррозионная стойкость

Сравнение с титановыми сплавами:

• 50% повышенная эластичность
• 20% повышенная твердость
• Лучшее сопротивление ползучести
• Низкая пластичность

В сравнении с кобальто-хромовыми сплавами:

• Низкая плотность
• Отсутствие токсического действия
• Более высокая температура эксплуатации
• Низкая прочность

По сравнению с суперсплавами на основе никеля:

• Более простая обработка
• Более низкая стоимость
• Возможность работы при пониженных температурах
• Более низкая прочность при ползучести

Таким образом, TiNbZrSn представляет собой оптимальный баланс свойств, не встречающийся в других сплавах, что делает его пригодным для самых ответственных применений.

Основные сведения о применении порошка сплава TiNbZrSn

Вот некоторые ключевые моменты эффективного использования TiNbZrSn:

• Порошок, распыляемый газом, с контролируемым распределением частиц по размерам, лучше всего течет и упаковывается для АМ
• Порошок неправильной формы требует более высокого давления для уплотнения и спекания
• Горячее изостатическое прессование позволяет достичь максимальной плотности и свойств
• Отжиг может быть использован для придания необходимой пластичности и вязкости
• Детали, имеющие почти чистую форму, позволяют свести к минимуму дорогостоящую механическую обработку спеченных деталей
• Обработка поверхностей повышает износостойкость при использовании в системах со скользящим контактом
• Соединение разнородных материалов с TiNbZrSn требует выбора подходящего технологического процесса
• Строгая квалификация и тестирование поставщиков позволяют гарантировать качество и производительность порошка

Понимание взаимосвязи между процессом обработки, микроструктурой и свойствами очень важно для использования всего потенциала этого исключительного сплава.

Часто задаваемые вопросы

Приведем некоторые часто задаваемые вопросы о порошке сплава TiNbZrSn:

Вопрос: Совместим ли порошок TiNbZrSn с 3D-печатью?

О: Да, распыляемый газом TiNbZrSn с контролируемым размером частиц и высокой сферичностью может быть использован для процессов АМ с порошковым напылением и направленным энергетическим осаждением. Для достижения высокой плотности требуется оптимизация параметров.

Вопрос: Какой размер частиц лучше всего подходит для аддитивного производства?

О: Рекомендуется использовать размеры 15-45 мкм, обеспечивающие хорошую подачу и упаковку порошка. Для некоторых применений, требующих более толстых слоев, успешно печатаются и более крупные размеры - до 106 мкм.

Вопрос: Требуется ли для TiNbZrSn горячее изостатическое прессование после АМ?

Ответ: HIP помогает добиться максимальной плотности, устранить внутренние поры и улучшить механические свойства. Однако для некоторых менее требовательных применений детали из TiNbZrSn, напечатанные асинхронным способом, могут удовлетворять требованиям и без HIP.

Вопрос: Можете ли вы обрабатывать и шлифовать сплав TiNbZrSn?

О: Да, но для его обработки требуются жесткие установки, СОЖ под высоким давлением, острые твердосплавные инструменты и мелкозернистые абразивы. Скорость подачи и обороты должны быть ниже, чем у обычных сплавов, из-за их твердости.

Вопрос: Пригоден ли TiNbZrSn для изготовления биомедицинских имплантатов?

О: Да, благодаря своей биосовместимости, низкому модулю упругости и высокой прочности, идеально подходящей для изготовления несущих устройств, он используется для изготовления костных пластин, имплантатов тазобедренного и коленного суставов. Порошок ЭЛИ класса 23 обеспечивает необходимую чистоту.

Вопрос: Каковы типичные области применения сплава TiNbZrSn?

О: Аэрокосмические компоненты, такие как шасси, автомобильные пружины и крепеж, биомедицинские имплантаты, броневые плиты, турбины для энергетических установок, а также оснастка для литья и штамповки листового металла.

Заключение

Таким образом, порошок сплава TiNbZrSn обладает исключительной прочностью в сочетании с низкой плотностью, упругостью и твердостью, не сравнимыми ни с какими другими традиционными или перспективными сплавами. Несмотря на более высокую стоимость, многие критически важные области применения оправдывают затраты, когда оптимизация свойств материала имеет первостепенное значение. Благодаря расширению ассортимента и постоянным инновациям уникальные возможности TiNbZrSn в ближайшие годы будут использоваться во многих отраслях промышленности.