Порошки титановых сплавов: Состав, производство и применение

Порошки титановых сплавов содержат титан в качестве основного элемента в сочетании с другими металлами, такими как алюминий, ванадий или железо. Состав сплава придает ему улучшенные свойства для использования в аэрокосмической промышленности, медицинских приборах и т. д.

Типы порошков титановых сплавов

Распространенные составы титановых сплавов в виде порошка:

Сплав	Ti Content	Другие элементы	Основные свойства
Ti-6Al-4V	90%	6% Al, 4% V	Высокая прочность, низкая плотность
Ti-6Al-7Nb	90%	6% Al, 7% Nb	Биосовместимость, коррозионная стойкость
Ti-10V-2Fe-3Al	82%	10% V, 2% Fe, 3% Al	Термостойкость, закалка
Ti-3Al-2.5V	93%	3% Al, 2.5% V	Прочность при повышенных температурах

• Титан, легированный алюминием, ванадием, железом и ниобием, уравновешивает твердость, прочность и плотность.
• Специфические элементы настраивают механические, физические и биологические свойства для целевых применений
• Смеси оптимизируют поведение при высоких температурах, износостойкость, свариваемость и т.д.
• Алюминий стабилизирует кристаллическую структуру титана, обеспечивая его обрабатываемость; ванадий повышает прочность

Таким образом, индивидуальные сочетания металлов в титановых сплавах позволяют добиться специфических функциональных свойств.

Производство порошка титанового сплава

Общие технологии получения порошков титановых сплавов:

Метод	Процесс	Описание	Свойства частиц
Распыление газа	Расплавленный поток наталкивается на газовые струи	При быстром охлаждении образуются сферические частицы	Отличная текучесть
Плазменное распыление	Высокотемпературная плазма плавит сплавы	Производство очень тонкого сферического порошка	Субмикронные размеры
Гидрид-дегидрид	Размельчение гидридной фазы	Нерегулярные хрупкие частицы из гидридов	Умеренный поток
Механическое легирование	Частицы порошка деформируются сваркой	Композитная структура с мелким размером зерна	Плохой поток

• Газовое и плазменное распыление позволяет получать тонкие сферические порошки сплавов, пригодные для аддитивного производства
• Гидридно-дегидридный метод измельчает хрупкую гидридную фазу на мелкие частицы
• Механическое легирование сваривает мелкие частицы в композитные агрегаты путем деформации

Таким образом, различные технологии позволяют изменять размеры, форму и внутреннюю микроструктуру частиц титанового сплава.

Применение Порошок титанового сплава

Порошки из титановых сплавов позволяют создавать высокоэффективные детали в различных отраслях:

Сектор	Приложение	Используемые свойства
Аэрокосмическая промышленность	Лопатки турбин, детали планера	Высокая удельная прочность
Промышленность	Оборудование для пищевой промышленности	Коррозионная стойкость
Автомобильная промышленность	Шатуны, клапаны	Теплостойкость
Биомедицина	Имплантаты, протезы	Биосовместимость
Оборона	Материалы для брони	Баллистическая защита
Аддитивное производство	3D-печатные детали	Возможность печати

• Легкая прочность позволяет экономить топливо в самолетах и автомобилях с титановыми компонентами
• Бионейтральные имплантаты из титанового сплава не отторгаются человеческим организмом
• Коррозионная стойкость подходит для агрессивных химикатов в промышленных установках
• Сплав по индивидуальному заказу позволяет создавать титановые марки для каждого конкретного применения

Таким образом, порошки из титановых сплавов позволяют создавать передовые производства в самых разных отраслях промышленности.

Определение порошка титанового сплава

Основные показатели качества порошка титанового сплава:

Параметр	Типовые значения	Метод тестирования
Состав сплава	Процентное содержание элемента по весу	Спектроскопия ICP
Распределение частиц по размерам	Диапазон и средний размер	Дифракция лазерного излучения
Кажущаяся плотность	До 85% истинной плотности	Волюметр Скотта
Плотность отвода	До 95% истинной плотности	Измеряется путем простукивания
Форма частиц	Сферичность, гладкость	СЭМ-изображение
Расход порошка	Угол откоса, расходомер Холла	Стандартные воронки/контейнеры для испытаний

• Проверка состава подтверждает процентное содержание титана, алюминия, ванадия и т.д.
• Гранулометрический состав обеспечивает пригодность для предполагаемого производственного процесса
• Плотность указывает на эффективность упаковки и пористость
• Форма частиц влияет на эффективность применения и работу с порошком
• Расход определяет пригодность для автоматизированной транспортировки и дозирования

Таким образом, эти показатели помогают убедиться в том, что приобретенный порошок титанового сплава соответствует требованиям применения.

Сравнение типов порошков титановых сплавов

Чем отличаются некоторые титановые сплавы?

Сплав	Ti-6Al-4V	Ti-6Al-7Nb	Ti-10V-2Fe-3Al
Плотность	4,43 г/куб. см	4,52 г/куб. см	4,38 г/куб. см
Прочность на разрыв	128 кси	126 кси	115 кси
Модуль Юнга	16 мси	10 мси	15 мси
Максимальная температура эксплуатации	700°F	750°F	800°F
Биосовместимость	Умеренный	Отличный	Бедный
Стоимость	Низкий	Высокая	Умеренный

• Ti-6Al-4V - рабочий титановый сплав, сочетающий в себе производительность и стоимость.
• Сплавы Nb и Ta обладают превосходной биосовместимостью для использования в медицине
• Повышенное содержание ванадия и Fe обеспечивает стабильность при повышенных температурах
• Сплавы, содержащие алюминий, имеют более высокое соотношение прочности и веса

Таким образом, каждая формула титанового сплава обладает определенными преимущественными свойствами для целевых применений.

Поставщики порошка титанового сплава

Ведущие мировые производители порошков из титановых сплавов:

Компания	Расположение штаб-квартиры	Доступные оценки	Производственная мощность
ATI Powder Metals	США	Ti-6Al-4V, сплавы по заказу	5,000 метрических тонн/год
Tekna	Канада	Ti-6Al-4V и другие	Не опубликовано
Группа Хоганас	Швеция	Ti-6Al-4V	3,000 метрических тонн/год
TLS Technik	Германия	TiAl, TiAlNb, порошки Ti	Не опубликовано
CNPC POWDER	Китай	Ti-6Al-4V, TiAl	10,000 метрических тонн/год

• Американская компания ATI Powder Metals является ведущим мировым производителем порошков из титановых сплавов
• Шведская компания Hoganas Group также имеет значительное производство титанового порошка
• В Китае находится несколько крупных производителей порошков из титановых сплавов, стремящихся к глобальному экспорту
• В растущей отрасли производства титанового порошка участвуют и более мелкие игроки

Таким образом, производственные мощности продолжают наращиваться, чтобы удовлетворить растущий спрос на титановые сплавы.

Порошок титанового сплава Ценообразование

Цены на порошок из титанового сплава:

Сплав	Цена за кг	Диапазон размеров частиц
Ti-6Al-4V	$50 – $150	от 15 до 120 микрон
Ti-6Al-7Nb	$250 – $500	От 5 до 45 микрон
Ti-10V-2Fe-3Al	$75 – $200	от 15 до 63 микрон
Ti-3Al-2.5V	$100 – $150	От 45 до 150 микрон

• Цены в значительной степени зависят от объемов закупки и особенностей гранулометрического состава.
• Специализированные сплавы и тонкие медицинские сорта имеют более высокую цену
• Ti-6Al-4V наиболее экономически выгодно производить в промышленных масштабах
• Для контрактов свыше 5-10 тонн действуют льготные тарифы

Поэтому порошок титанового сплава остается относительно дорогим, что ограничивает его применение в основном аэрокосмической и оборонной отраслями.

Вопросы и ответы о порошках титановых сплавов

Вопрос	Отвечать
Каких цветов могут быть титановые сплавы?	Чаще всего встречается натуральный серый цвет. Также применяется окрашивание поверхности.
Требуют ли порошки особого обращения?	Для предотвращения окисления при обращении с ними рекомендуется покрыть их инертным газом.
Возможно ли холодное напыление с этими порошками?	Да, деформация частиц позволяет создавать покрытия с высокой адгезией.
Являются ли титановые сплавы немагнитными?	Да, все сорта имеют очень низкую магнитную проницаемость.
Можно ли безопасно перевозить эти порошки по воздуху?	Да, никаких ограничений на транспортировку, за исключением очень мелких реактивных порошков.

Поэтому порошки титановых сплавов хорошо подходят для большинства операций по обработке, переработке и нанесению покрытий из металлических порошков.

Заключение

Таким образом, порошок титанового сплава обеспечивает гибкость конструкции, позволяя сбалансировать плотность, прочность, модуль упругости и биосовместимость для передовых инженерных требований в различных отраслях промышленности. Технологии производства придают частицам индивидуальные характеристики. Формула сплава позволяет настраивать свойства по своему усмотрению. Несмотря на относительно высокие цены, превышающие $50/кг, порошок титанового сплава обеспечивает более высокую производительность в оборонной, медицинской, аэрокосмической и автомобильной промышленности, где характеристики компонентов преобладают над стоимостью.

узнать больше о процессах 3D-печати