Порошок TiAl3 для 3D-печати

Порошок TiAl3 представляет собой интерметаллическое соединение, состоящее из титана и алюминия. Он имеет небольшой вес, устойчив к окислению и выдерживает высокие температуры. Это делает его пригодным для использования в аэрокосмической, автомобильной, энергетической и других высокоэффективных областях.

Некоторые основные свойства и характеристики порошка TiAl3:

Свойства и характеристики порошка TiAl3

Порошок TiAl3 может быть получен различными методами, включая газовое распыление, плазменный процесс с вращающимся электродом (PREP) и механическое легирование. Размер, морфология, состав, микроструктура и другие свойства порошка зависят от метода производства.

Содержание титана обычно находится в диапазоне 55-65 масс%, остальную часть составляет алюминий. В небольших количествах могут присутствовать хром, ниобий, углерод или кислород - не более 1%. Соотношение Ti:Al может быть изменено для оптимизации свойств.

Свойства порошка TiAl3

К основным свойствам относятся низкая плотность по сравнению с титановыми сплавами, высокая температура плавления, умеренная теплопроводность, сохранение прочности и жесткости при высоких температурах.

Характеристики порошка TiAl3

Порошок TiAl3 имеет сферическую морфологию с гладкой поверхностью, хорошие характеристики текучести и упаковки. В нем мало кислорода и азота, что позволяет избежать охрупчивания.

Области применения порошка TiAl3

К числу основных областей применения, использующих свойства TiAl3, относятся:

Применение порошка TiAl3 в аддитивном производстве

• Порошок TiAl3 используется в процессах порошковой плавки, таких как селективное лазерное плавление (SLM) и электронно-лучевое плавление (EBM), для изготовления сложных деталей из алюминида титана для аэрокосмической и автомобильной промышленности.
• По сравнению с Ti6Al4V он обладает меньшей реакционной способностью и легче поддается печати в порошковом АМ. Детали из TiAl3 имеют тонкую микроструктуру и механические свойства, сравнимые с литыми и деформируемыми сплавами.
• AM с использованием TiAl3 позволяет облегчить конструкцию, уменьшить количество деталей и консолидировать сборки лопаток турбин, колес турбокомпрессоров, деталей выхлопных систем и т.д.

Применение порошка TiAl3 в термическом напылении

• Термические напыляемые покрытия из порошка TiAl3 обеспечивают стойкость к окислению и коррозии при высоких температурах лопаток турбин, лопаток, камер сгорания и т.д.
• По температурным характеристикам он превосходит никелевые сплавы и титановые покрытия. Покрытия TiAl3 могут работать при температуре 700-900°C.
• Покрытия наносятся методом плазменного напыления, высокоскоростного кислородного напыления (HVOF) или теплого напыления. Обычная толщина покрытия составляет 150-500 мкм.

Применение порошка TiAl3 для лазерной наплавки

• Порошок TiAl3 может наплавляться лазером на подложки из титановых или никелевых сплавов с образованием защитного поверхностного слоя сплава.
• Наплавленный слой придает повышенную высокотемпературную прочность, стойкость к окислению и износостойкость.
• Лазерная наплавка применяется для деталей реактивных двигателей и турбин наземного базирования, подверженных горячей коррозии.

Технические характеристики порошка TiAl3

Порошок TiAl3 выпускается в виде нескольких стандартных марок, соответствующих таким спецификациям, как:

Порошковые композиции TiAl3

Обычные составы основаны на содержании титана, например, Ti-45Al, Ti-55Al или Ti-62Al представляют собой весовой процент титана. В небольших количествах могут присутствовать хром или ниобий.

Распределение частиц порошка TiAl3 по размерам

Типичное распределение по размерам для процессов AM сосредоточено в районе 22-45 мкм с минимальным размером мелких частиц менее 22 мкм. Более крупные размеры - до 150 мкм - используются для термического напыления.

Стандарты на порошок TiAl3

• ASTM B821 - Стандарт приготовления порошков и компактов из тугоплавких сплавов плазменным методом
• AMS 4982 - Порошковые расходные материалы, алюминиды титана, распыляемые плазмой
• AMS 7008 - Порошок сплава алюминида титана для термонапыляемых покрытий

Производство порошка, отбор проб, испытания и приемка осуществляются в соответствии с промышленными стандартами на тугоплавкие сплавы и алюминиды титана.

Порошок TiAl3 имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с другими широко используемыми порошками:

Сравнение порошка TiAl3 с другими порошками

• TiAl3 обладает более высокой прочностью, чем титановые сплавы типа Ti6Al4V при температурах выше 600°C
• Обладает лучшей стойкостью к окислению по сравнению с титановыми и алюминиевыми сплавами
• Более дорогие по сравнению с титановыми сплавами из-за высокого содержания алюминия
• Не так легко обрабатываются и формуются, как титановые сплавы при комнатной температуре
• Наилучшим образом подходит для высокотемпературных конструкционных применений

Понимание того, в чем TiAl3 превосходит или не превосходит другие системы сплавов, позволяет определить идеальные области применения для использования его преимуществ.

Поставщики порошка TiAl3

Порошок TiAl3 можно приобрести у ряда поставщиков по всему миру. К числу основных производителей относятся:

Производители порошка TiAl3

Ценообразование на порошок TiAl3

Цены зависят от объема закупки, степени чистоты, гранулометрического состава и морфологии. Возможно также изготовление сплавов по индивидуальному заказу, но это более дорогостоящий вариант.

Вопросы и ответы

Вопрос: Какие методы можно использовать для получения порошка TiAl3?

О: Основными методами производства являются газовое распыление, плазменный процесс с вращающимся электродом и механическое легирование. Каждый из методов позволяет получить порошок с различными характеристиками, пригодными для различных областей применения.

Вопрос: Совместим ли TiAl3 с титановыми сплавами?

Ответ: TiAl3 имеет очень ограниченную растворимость в твердом состоянии в титановых сплавах типа Ti6Al4V. Не рекомендуется смешивать порошок TiAl3 с порошками титановых сплавов из-за образования хрупких интерметаллидных фаз.

Вопрос: Какие легирующие элементы могут быть добавлены в TiAl3?

Ответ: Такие элементы, как Nb, Cr, Ni, Cu, легируются TiAl3 для изменения микроструктуры и механических свойств. Однако чрезмерное легирование может негативно сказаться на стойкости к окислению.

Вопрос: В чем разница между PREP и порошком TiAl3, распыляемым газом?

О: Порошок PREP имеет мелкие сферические частицы, идеально подходящие для аддитивного производства, в то время как порошок, распыляемый газом, имеет несколько более грубые и экономичные частицы, пригодные для прессования и спекания.

Вопрос: Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при работе с порошком TiAl3?

Ответ: Порошок TiAl3 легко воспламеняется и склонен к окислению. Для предотвращения загрязнения необходимо использовать соответствующие средства индивидуальной защиты, а работа с порошком должна проводиться в инертной атмосфере. Воздействие влаги и кислорода ухудшает качество порошка.

Заключение

Таким образом, TiAl3 является важным высокотемпературным интерметаллидным материалом, доступным в виде порошка для различных применений. Такие его свойства, как низкая плотность, прочность и устойчивость к окислению при повышенных температурах, позволяют использовать его в аэрокосмической, автомобильной и энергетической промышленности. Правильное обращение с порошком, его хранение и тестирование имеют решающее значение для достижения конечных свойств детали. TiAl3 обладает преимуществами перед обычными титановыми сплавами для использования в высокотемпературных конструкциях, несмотря на некоторые ограничения в обрабатываемости и пластичности при комнатной температуре. Проводимые исследования направлены на дальнейшее совершенствование материала путем добавления легирующих добавок и применения инновационных технологий обработки.