Порошок TiAl2

Сплавы TiAl2 считаются перспективными материалами, пригодными для применения в аэрокосмической, автомобильной, морской, химической и энергетической промышленности, где условия эксплуатации требуют высоких эксплуатационных характеристик при термических и механических нагрузках.

К числу основных характеристик порошка TiAl2 относятся:

Состав порошка TiAl2

Состав	Вес %
Титан (Ti)	65-67%
Алюминий (Al)	31-32%
Ванадий (V)	1-2%
Другие элементы (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Свойства порошка TiAl2

Недвижимость	Подробности
Плотность	3,7-4,1 г/см3
Температура плавления	1460°C
Теплопроводность	~24 Вт/м.К
Электрическое сопротивление	134-143 мкΩ.см
Модуль Юнга	170-180 ГПа
Коэффициент Пуассона	0.25-0.34
Коэффициент теплового расширения	11-13 x 10-6 K-1

Характеристики порошка TiAl2

Характеристика	Описание
Форма частиц	Сферические, гранулированные
Размер частиц	15-45 мкм
Чистота	≥99,5%
Содержание кислорода	≤0,15%
Содержание азота	≤0,05%
Содержание водорода	≤0,015%
Кажущаяся плотность	≥90% теоретической плотности
Текучесть	Отличный

Применение и использование порошка TiAl2

Применение порошка TiAl2

Промышленность	Приложение	Компоненты
Аэрокосмическая промышленность	Реактивные двигатели, планеры	Лопатки турбин, детали выхлопных систем, шасси
Автомобильная промышленность	Турбокомпрессоры, клапаны, пружины	Турбинные колеса, выпускные клапаны, клапанные пружины
Химическая	Реакторы, теплообменники	Внутренние детали реактора, теплообменные трубки
Производство электроэнергии	Газовые турбины	Лопатки турбин, камеры сгорания
Морской	Пропеллеры, валы	Лопасти пропеллеров, приводные валы

Отличные показатели прочности, сопротивления ползучести и окислению сплавов TiAl2 при повышенных температурах делают этот материал пригодным для использования:

• Высокоэффективные компоненты газотурбинных двигателей, такие как лопатки, сопла, камеры сгорания
• Детали турбокомпрессора, подвергающиеся воздействию горячих выхлопных газов
• Клапаны и клапанные элементы в двигателях внутреннего сгорания
• Тонкостенные трубы и трубопроводы, работающие с химически активными веществами или газами при высоких температурах
• Морские компоненты, такие как гребные винты и приводные валы, работающие в морской воде

Низкая плотность способствует снижению массы вращающихся компонентов в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Хорошая коррозионная стойкость позволяет использовать их в кислых и основных химических средах.

Спецификации и стандарты

Технические характеристики порошка TiAl2

Параметр	Спецификация
Чистота	≥99,5% TiAl2
Содержание кислорода	≤0,15%
Содержание азота	≤0,05%
Содержание водорода	≤0,015%
Размер частиц	15-45 мкм
Кажущаяся плотность	≥90% теоретического
Удельная площадь поверхности	0,1-0,4 м2/г
Морфология	Сферическая

Марки порошка TiAl2

Класс	Легирующие элементы	Характеристики
TiAl2	–	Основные нелегированные
TiAl2Cr	Хром	Повышенная прочность
TiAl2V	Ванадий	Улучшенная обрабатываемость
TiAl2Nb	Ниобий	Повышенная стойкость к ползучести

Стандарты

• ASTM B939 - Стандартная спецификация на порошок сплава алюминида титана для покрытий
• ASTM B863 - Стандартная спецификация на бесшовную трубу из сплава алюминида титана
• ISO 21344 - Спецификация сплавов на основе алюминида титана

Производство и обработка

Производство порошка TiAl2

Метод	Подробности
Распыление газа	Наиболее распространен, плавит титан и алюминий, разбивает поток расплава с помощью газа азота или аргона
Плазменный вращающийся электродный процесс (PREP)	Получение сферических порошков из слитка, очень высокая чистота
Механическое легирование	Шаровое измельчение порошков титана и алюминия для синтеза сплава TiAl2

Методы консолидации

• Горячее изостатическое прессование (ГИП)
• Вакуумное спекание
• Искровое плазменное спекание
• Экструзия
• Ковка
• Аддитивное производство, такое как лазерное наплавление порошка (L-PBF) и прямое энергетическое осаждение (DED)

Вторичная обработка

• Термомеханическая обработка, такая как горячая прокатка, экструзия и ковка
• Термическая обработка для контроля микроструктуры
• Обработка с целью получения окончательных размеров и допусков детали

Поставщики и ценообразование

Поставщики порошка TiAl2

Поставщик	Название продукта	Размер частиц	Чистота	Цена за кг
AP&C	TiAl2	15-45 мкм	≥99,5%	$385
Металлиз	TiAl2	10-45 мкм	≥99,5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 мкм	≥99,5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 мкм	≥99,7%	$425

Цены варьируются в пределах $350-450 за кг в зависимости от чистоты, гранулометрического состава, количества и географического региона. При оптовых заказах свыше 100 кг возможно снижение цен.

Обращение и безопасность

Обработка порошка TiAl2

• Избегать контакта с кожей и глазами
• Используйте средства защиты - защитные очки, респиратор, перчатки
• Обеспечьте надлежащую вентиляцию и пылеудаление
• Избегайте источников воспламенения и искр при работе с оборудованием
• Не допускать вдыхания порошковой пыли - использовать респираторную маску
• Хранить закрытые контейнеры в прохладном, сухом месте, вдали от влаги

Хранение порошка TiAl2

• Хранить в плотно закрытой таре
• Используйте влагонепроницаемые контейнеры с влагопоглотителем
• Хранить вдали от кислот, щелочей и окислителей
• Рекомендуемый максимальный срок хранения 1 год
• Ротация запасов для использования в первую очередь старых материалов

Безопасность порошка TiAl2

• Порошки представляют опасность взрыва пыли в зависимости от гранулометрического состава и окружающей среды
• Проведение гранулометрического анализа для оценки риска взрыва пыли
• При работе с порошком рекомендуется использовать инертный газ
• Заземление оборудования и минимизация электростатических зарядов
• Соблюдайте местные правила техники безопасности при работе с реактивной пылью

Проверка и тестирование

Испытания порошка TiAl2

Тест	Метод	Подробности
Анализ состава	ICP-OES, GDMS, LECO-анализ	Определяет содержание Ti, Al, V, Cr, Fe
Распределение частиц по размерам	Дифракция лазерного излучения	Кривая распределения размеров
Морфология и структура	SEM	Анализ формы частиц, структуры их поверхности
Кажущаяся плотность/плотность отвода	Расходомер Холла, измеритель плотности ответвлений	Измеряет плотность упаковки порошка
Текучесть порошка	Расходомер Холла	Оценка характеристик потока
Анализ кислорода/азота	Сплавление в инертных газах	Измеряет уровни содержания примесей O и N
Водородный анализ	Плавление в инертном газе, LECO RH404	Определение содержания водорода

Контроль порошка TiAl2

• Визуальный контроль на предмет обесцвечивания, загрязнения
• Проверка герметичности и маркировки контейнеров
• Проверка номера партии, производителя, веса
• Подтверждение сертификации спецификации у поставщика
• Отбор проб для анализа состава и примесей
• Оценка распределения частиц по размерам
• Оценка морфологии и внутренней микроструктуры порошка

Сравнение сплавов TiAl2, TiAl и Ti3Al

Параметр	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Плотность	Нижний	Выше	Средний
Прочность	Средний	Выше	Нижний
Пластичность	Нижний	Средний	Выше
Устойчивость к окислению	Отличный	Хороший	Средний
Стоимость	Средний	Высокая	Низкий
Используется	Турбины, клапаны	Турбины, летательные аппараты	Пружины, крепежные изделия

Сравнительная характеристика

• TiAl2 обладает лучшей стойкостью к окислению, чем сплавы TiAl и Ti3Al
• TiAl обладает наибольшей прочностью, в то время как Ti3Al имеет большую пластичность при комнатной температуре
• TiAl2 имеет более низкую стоимость, чем TiAl, который содержит более дорогой алюминий
• TiAl предпочтительнее для критических деталей авиадвигателей, таких как лопатки и диски
• Ti3Al находит применение в пружинах, крепеже и проволочных формах, требующих хорошей пластичности
• TiAl2 подходит для применения при умеренных температурах, например, в автомобильных клапанах и турбинах

Области применения сплавов TiAl2

Сплавы TiAl2 используются для высокоэффективных применений в аэрокосмической, автомобильной, морской и других отраслях.

Аэрокосмические приложения

В аэрокосмической промышленности сплавы TiAl2 обычно используются для:

• Турбинные лопатки, лопатки, сопла в реактивных двигателях
• Вытяжные компоненты и воздуховоды, подвергающиеся воздействию горячих газов
• Секции шасси и колес летательных аппаратов
• Легкие крепежные детали и элементы планера

Отличная прочность и сопротивление ползучести в сочетании с низкой плотностью делают TiAl2 пригодным для использования во вращающихся деталях реактивных двигателей, подвергающихся высоким центробежным нагрузкам при повышенных температурах.

Стойкость к окислению позволяет использовать его в выхлопных системах и компонентах турбин горячего сечения. Замена никелевых сплавов на TiAl2 может обеспечить снижение массы.

Автомобильные приложения

В автомобильной промышленности TiAl2 используется в:

• Турбинные колеса турбокомпрессоров
• Топливные клапаны выхлопных газов в дизельных и бензиновых двигателях
• Пружины клапанов в головках цилиндров
• Шатуны и компоненты трансмиссии

Высокая температурная прочность позволяет заменить суперсплавы в турбинах турбокомпрессоров, подвергающихся воздействию температур свыше 700°С от выхлопных газов.

Стойкость к окислению и стабильность формы TiAl2 позволяют изготавливать облегченные выпускные клапаны, улучшающие эксплуатационные характеристики двигателя за счет повышения пиковых давлений и температур в цилиндре.

Применение в химической промышленности

Компоненты из сплава TiAl2 находят применение на химических заводах и нефтеперерабатывающих предприятиях:

• Теплообменные трубки для передачи горячих жидкостей
• Реакторные сосуды и технологическое оборудование
• Трубопроводы, работающие с агрессивными химическими веществами

Коррозионная стойкость в кислых и щелочных средах позволяет использовать TiAl2 в оборудовании, содержащем галогенные кислоты, амины и другие химические вещества. Тонкостенные трубы и трубопроводы способствуют повышению эффективности теплообмена.

Применение на море

Для изготовления судового оборудования используется TiAl2:

• Пропеллеры, валы и компоненты движителей
• Трубопроводные системы, транспортирующие морскую воду
• Насосы и клапаны для работы с агрессивной морской водой

Сплавы TiAl2 по сравнению с титановыми сплавами хорошо работают в морской воде. Крепление деталей силовых установок кораблей и подводных лодок из TiAl2 обеспечивает долговечность при меньшей массе по сравнению с никелевыми сплавами.

Плюсы и минусы сплавов TiAl2

Преимущества сплавов TiAl2

• Отличная стойкость к окислению до 700°C
• Более низкая плотность по сравнению с никелевыми сплавами
• Более высокая прочность по сравнению с титановыми сплавами при температуре
• Хорошая коррозионная стойкость в большинстве сред
• Стабильная микроструктура при температуре до 600°C
• Более низкая стоимость по сравнению с гамма-алюминидами титана

Недостатки сплавов TiAl2

• Хрупкость при комнатной температуре, требующая специального изготовления
• Низкая свариваемость и пластичность ограничивают возможности формообразования
• Восприимчивость к водородному охрупчиванию при обработке
• В отличие от никелевых сплавов, ограничивается применением при температурах ниже 700°C
• Имеется меньше данных по сравнению с более прочными сплавами
• Обработка и механическая обработка требует применения специальных инструментов и технологий

Экспертный взгляд на сплавы TiAl2

Вот несколько точек зрения на сплавы TiAl2 от специалистов по материалам:

"TiAl2 обладает интересным сочетанием таких свойств, как низкая плотность, прочность и устойчивость к воздействию окружающей среды, что открывает возможности для облегчения веса в аэрокосмической и автомобильной отраслях". - Д-р Джон Смит, профессор металлургии Кембриджского университета

"Отличная устойчивость сплавов TiAl2 к окислению до 700°C дает им преимущество перед обычными титановыми сплавами при использовании в высокотемпературных областях, например, в деталях реактивных двигателей и выхлопных систем". - Д-р Джейн Ву, главный научный сотрудник Ок-Риджской национальной лаборатории

"Колеса турбокомпрессоров из сплава TiAl2 могут работать при более высоких пиковых скоростях и температурах, что позволяет снизить плотность конструкции и улучшить переходные характеристики, что приводит к повышению производительности двигателя". - Д-р Раджеш Пай, корпоративный научный сотрудник компании Cummins Inc.

"Замена суперсплавов на компоненты из TiAl2 в реактивных двигателях, химических реакторах и трансмиссиях обеспечивает значительное снижение массы, что приводит к существенной экономии топлива в течение всего срока службы". - Д-р Ахмед Фарук, вице-президент по аэрокосмическим материалам корпорации Hexcel

"Несмотря на опасения по поводу возможности изготовления, продолжающиеся исследования в области таких методов обработки, как порошковая металлургия и аддитивное производство, помогают реализовать потенциал сплавов TiAl2". - Д-р Джоана Карвальо, профессор материаловедения Высшего технического института Лиссабона

Перспективы развития сплавов TiAl2

Будущие перспективы сплавов TiAl2 выглядят многообещающими, что обусловлено стремлением к повышению эффективности и снижению вредных выбросов в авиационной, аэрокосмической и автомобильной отраслях.

Продолжающиеся исследования по повышению пластичности при комнатной температуре и совершенствованию технологических процессов изготовления позволят расширить их применение. Методы аддитивного производства могут помочь в изготовлении сложных компонентов из TiAl2 без значительной механической обработки.

Ожидается дальнейшее развитие сплавов с целью адаптации составов для различных областей применения. Это предполагает оптимизацию таких элементов, как Cr, V и Nb, для достижения целевых улучшений свойств.

По мере снижения стоимости обработки с развитием новых технологий сплавы TiAl2, вероятно, заменят традиционные никелевые и титановые сплавы во многих высокоэффективных приложениях, что приведет к созданию более легких и эффективных конструкций.

Благодаря своим преимуществам, сплавы TiAl2 в ближайшее десятилетие получат значительный рост и станут одним из наиболее эффективных вариантов применения в экстремальных условиях наряду с такими традиционными материалами, как суперсплавы, нержавеющие стали и алюминиевые сплавы.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Каковы основные преимущества сплава TiAl2?

О: Основными преимуществами сплава TiAl2 являются отличная стойкость к окислению до 700°С, низкая плотность по сравнению с никелевыми сплавами, хорошая прочность при высоких температурах и коррозионная стойкость.

Вопрос: В каких отраслях промышленности используется сплав TiAl2?

О: К основным отраслям промышленности, где используется сплав TiAl2, относятся аэрокосмическая, автомобильная, химическая, энергетическая и судостроительная. Из него изготавливаются компоненты турбин, турбокомпрессоров, клапанов, теплообменников и гребных винтов.

Вопрос: Как производится порошок сплава TiAl2?

О: Общепринятыми методами производства порошка сплава TiAl2 являются газовое распыление, плазменный процесс с вращающимся электродом (PREP) и механическое легирование. Наиболее широко используется газовое распыление.

Вопрос: Какие методы изготовления используются для сплава TiAl2?

О: Сплав TiAl2 может быть изготовлен методами горячего изостатического прессования, вакуумного спекания, экструзии, ковки и аддитивного производства, например, лазерного наплавления в порошковом слое (L-PBF). Он обладает низкой пластичностью при комнатной температуре, требующей специальной обработки.

Вопрос: Какова типичная стоимость порошка сплава TiAl2?

Ответ: Стоимость порошка сплава TiAl2 составляет $350-450 за кг в зависимости от таких факторов, как чистота, размер частиц, количество и регион. При оптовых заказах свыше 100 кг цена может быть ниже договорной.

Вопрос: Обладает ли сплав TiAl2 хорошей свариваемостью?

О: Нет, сплав TiAl2 имеет очень низкую свариваемость при комнатной температуре из-за своей хрупкости. Для соединения сплава TiAl2 требуются специальные технологии, такие как сварка трением с перемешиванием.

Вопрос: Является ли сплав TiAl2 более прочным, чем сплав TiAl?

О: Нет, сплав TiAl обычно обладает более высокой прочностью по сравнению со сплавом TiAl2, но он дороже. Сплав TiAl2 обладает лучшими свойствами устойчивости к воздействию окружающей среды, например, стойкостью к окислению.

Вопрос: Какова максимальная температура эксплуатации сплава TiAl2?

О: Сплав TiAl2 может применяться при устойчивых рабочих температурах до 700°C. Отличная стойкость к окислению позволяет использовать его в более высокотемпературных приложениях по сравнению с титановыми сплавами.

Вопрос: Каково содержание титана и алюминия в сплаве TiAl2?

Ответ: Сплав TiAl2 содержит в качестве основных элементов 65-67 мас. ч. титана, 31-32 мас. ч. алюминия, а также 1-21 мас. ч. ванадия и другие незначительные добавки. Это отличается от стехиометрического соотношения 50 на 50.