Порошок гидрида титана

порошок гидрида титана является важным передовым материалом с уникальными свойствами, которые делают его пригодным для различных промышленных и коммерческих применений. Этот порошок состоит из атомов титана и водорода, соединенных между собой, что придает ему отличительные физические, химические, механические и другие характеристики.

Обзор порошок гидрида титана

Порошок гидрида титана имеет химическую формулу TiH2 и темно-серый цвет. Некоторые ключевые характеристики этого материала включают:

• Высокая способность к поглощению и десорбции водорода
• Легкий вес, но сильные механические свойства
• Устойчивость к коррозии и химическим веществам
• Способность модулировать электропроводность
• Используется в качестве вспенивающего агента для титановых металлов
• Функциональность в широком диапазоне температур
• Биосовместимость и нетоксичность

Настраиваемая природа гидрида титана означает, что он может служить для различных целей в зависимости от способа обработки и использования порошка. В следующих разделах мы рассмотрим состав порошка, различные методы производства, основные свойства и области применения в различных отраслях промышленности.

Состав порошка гидрида титана

Как следует из названия, порошок гидрида титана состоит в основном из атомов титана (Ti) и водорода (H). Однако в небольшом количестве могут присутствовать и другие элементы, такие как кислород, углерод, азот, железо, алюминий, ванадий.

Степень чистоты и соотношение титана и водорода могут варьироваться между различными сортами порошка:

Содержание титана	Содержание водорода
90-98%	2-10%

Гидрид титана высокой чистоты содержит меньше примесей и подходит для более ответственных применений, в то время как менее чистые сорта дешевле для общего использования.

Методы производства гидрида титана

Наиболее распространенными методами получения порошка гидрида титана являются:

• Гидрогенизация титановых порошков: Титановый порошок подвергается воздействию газообразного водорода под давлением при повышенной температуре, что приводит к поглощению водорода и образованию TiH2. Этот метод позволяет хорошо контролировать форму, размер и морфологию порошка.
• Прямое гидрирование титановой губки: Порошок гидрида титана производится непосредственно из губчатого титанового сырья путем гидрирования. Этот одноэтапный подход позволяет получить порошок неправильной формы.
• Электролиз расплавленных солей: Использует расплавленные электролиты, содержащие растворенные соли титана, для электроосаждения порошка гидрида титана путем электролитического гидрирования.
• Механическое фрезерование: Высокоэнергетическое шаровое измельчение титана и водородсодержащих соединений превращает и гомогенизирует смесь в порошок гидрида титана посредством механохимии.

Форма частиц, их распределение по размерам, плотность, степень чистоты, соотношение компонентов и характеристики порошка могут быть подобраны в соответствии с требованиями приложения путем изменения параметров производства.

Основные свойства Порошок гидрида титана

Гидрид титана обладает рядом уникальных физических, химических, электрических, механических и биологических свойств, которые придают ему расширенную функциональность.

Физические свойства

Недвижимость	Значения
Цвет	Темно-серый
Температура плавления	1680°C
Температура кипения	Н/Д
Плотность	3,75 г/см3

Высокая температура плавления позволяет гидриду титана сохранять твердое состояние в широком диапазоне температур в промышленных условиях.

Химические свойства

• Отличная коррозионная стойкость благодаря самопроизвольному образованию защитных поверхностных пленок оксида титана при воздействии воздуха или влаги
• Низкая химическая реактивность делает его инертным к большинству кислот, щелочей и органических химикатов.
• Легко окисляется при температуре выше 400°C
• Поглощает большое количество газообразного водорода во время гидрогенизации и выделяет водород при нагревании

Механические свойства

Недвижимость	Значения
Твердость	750-950 HV
Вязкость разрушения	~1 МПа√м
Модуль Юнга	100-165 ГПа
Модуль сдвига	32-43 ГПа
Модуль объемной упругости	57-93 ГПа
Коэффициент Пуассона	0.18-0.40
Предел текучести при сжатии	0,5-1 ГПа

Высокая прочность и вязкость разрушения в сочетании с низкой плотностью обеспечивают превосходное соотношение прочности и веса порошка гидрида титана. Он также устойчив к истиранию и износу.

Электрические свойства

Электропроводность гидрида титана можно регулировать в широком диапазоне в зависимости от истории обработки. Значения удельного электрического сопротивления составляют:

Недвижимость	Значения
Электрическое сопротивление	0,55 - 14 мкΩ-м

Он демонстрирует электрическое переключение, обусловленное обратимыми фазовыми переходами между кристаллическими структурами во время циклов поглощения-десорбции водорода.

Биологические свойства

• Биоинертность - минимальная цитотоксичность или реакция иммунной системы позволяет использовать их в биомедицине
• Не вызывает аллергии и раздражения
• Не магнитится и не мешает медицинской визуализации

В целом гидрид титана устойчив к коррозии, легок, прочен, долговечен, электрически функционален, стабилен при различных температурах и биосовместим. Эти характеристики способствуют его универсальности и использованию в нишевых приложениях.

Области применения порошка гидрида титана

Превосходные свойства хранения и выделения водорода в сочетании с выгодными физическими, химическими, электрическими, механическими и биологическими свойствами делают гидрид титана пригодным для различных коммерческих и промышленных применений:

Хранение энергии

• Перезаряжаемый твердотельный материал для хранения водорода - портативные топливные элементы, электромобили используют гидрид титана в качестве источника водорода
• Функционирует как анодный материал, улучшая характеристики некоторых химических элементов питания

Химическое производство

• Используется для безопасного хранения газообразного водорода при комнатной температуре и атмосферном давлении
• Служит стабильным и удобным источником водорода для химического синтеза или изготовления полупроводников

Пенообразующее вещество

• Разложение гидрида титана обеспечивает точки зарождения для вспенивания расплавленного металлического титана в пористую структуру с низкой плотностью и высокой площадью поверхности

Порошковая металлургия

• Легирующий элемент, изменяющий упрочняющие, закаливающие или термические свойства
• Ингибитор роста зерна для контроля микроструктуры спеченных титановых сплавов
• Улучшает текучесть, плотность упаковки и уплотнение порошка

Биомедицина

• Имплантируемые медицинские изделия, протезы, зубные и ортопедические имплантаты
• Биоскафандры и пористые структуры обеспечивают врастание тканей

В следующем разделе рассматриваются различные спецификации, размеры, марки и стандарты гидрида титана.

Технические характеристики гидрида титана

Гидрид титана продается в виде порошка, гранул, пасты и формованных форм в соответствии с требованиями применения. Ниже приведены различные стандарты, размеры, марки и производители:

Размеры и распределение порошка

Тип	Диапазон размеров частиц
Ультратонкий порошок	0,1 - 1 мкм
Тонкий порошок	1 - 10 мкм
Грубый порошок	10 - 100 мкм

Возможны узкие и индивидуальные распределения частиц по размерам для оптимальной производительности.

Классы чистоты

• Низкая чистота: До 98% гидрид титана с примесями
• Средняя чистота: Минимальное содержание гидрида титана 98%
• Высокая чистота: До 99,9% уровень гидрида титана

Высокочистые сорта стоят дороже, но обладают улучшенными свойствами.

Отраслевые стандарты

• ASTM B743: Стандартная спецификация на порошок гидрида титана (марки R58001-R58003), используемый в компактах порошковой металлургии
• ASTM C737: Определяет минимальные пределы анализа и примесей, а также протоколы отбора проб для порошков гидрида титана ядерного качества
• MIL-T-19504E: Военная спецификация, стандартизирующая методы, используемые для оценки различных показателей качества и критериев проверки

Эти стандарты помогают определить составы порошков, подходящие для стандартизированных квалификационных испытаний и эталонов качества в различных отраслях промышленности.

Мировые поставщики и ценообразование

Некоторые известные мировые производители и поставщики порошок гидрида титана включают:

Компания	Расположение	Ценовая смета
GfE Metalle und Materialien GmbH	Германия	$100 - $300 за кг
Микрон Металз, Инк.	США	$50 - $250 за кг
Jinzhou Haixin Metal Materials Co.	Китай	$30 - $100 за кг
Edgetech Industries LLC	ВЕЛИКОБРИТАНИЯ	$250 - $1500 за кг

Цены варьируются в зависимости от объема заказа, марки порошка, степени чистоты, размера частиц и индивидуального подхода.

Сравнение между Порошок гидрида титана Классы

Порошковые марки гидрида титана различаются по методу производства, соотношению газа и металла, распределению частиц по размерам, плотности, степени чистоты и форме порошка.

Параметр	Низкая чистота	Средняя чистота	Высокая чистота
Чистота	До 98%	98-99.5%	99.5-99.9%
Содержание водорода	2-4 wt%	3-7 wt%	5-10 wt%
Содержание кислорода	0.3-3%	0.2-1%	<0,1%
Содержание углерода	0.05-0.5%	<0,05%	<0,01%
Содержание железа	0.5-3%	0.1-0.5%	<0,05%
Содержание никеля	0.1-1%	<0,05%	<0,01%
Форма частиц	Неровная, чешуйчатая	Зернистый, сферический	Текучий мелкий порошок
Размер частиц	10-300 мкм	1-100 мкм	0,1-10 мкм
Плотность отвода	0,5-2,5 г/куб. см	1,5-4 г/куб. см	2-6 г/куб. см
Кажущаяся плотность	25-35% плотность крана	35-45% плотность крана	45-65% плотность крана
Текучесть	Бедный	Проходная	Хороший
Цвет	От темно-серого до черного	Темно-серый	Темно-серый
Стоимость	Низкий	Средний	Высокая

Более чистые сорта отличаются более высокой плотностью порошка, что улучшает смешиваемость и реакционную способность, а также улучшает электрические и механические характеристики. Однако их стоимость выше, чем стоимость обычных сортов. Индивидуальный подход помогает сбалансировать требования к применению и бюджетные ограничения.

Преимущества гидрида титана

• Высокое соотношение прочности и массы
• Устойчивые механические свойства
• Устойчивость к коррозии и истиранию
• Работает в широком диапазоне температур
• Электропроводящий, но инертный
• Более низкая плотность по сравнению с титановыми сплавами
• Модифицируемые микроструктуры
• Контролируемое высвобождение энергии
• Биосовместим и нетоксичен.

Эти полезные функции расширяют возможности использования гидрида титана.

Ограничения гидрида титана

• Склонность к окислению поверхности при повышенных температурах
• Более высокая стоимость по сравнению с конкурирующими материалами
• Ограниченная формуемость ограничивает геометрию компонентов
• Восприимчивость к медленному росту трещин в результате водородного охрупчивания
• Требуется контролируемая скорость охлаждения для предотвращения неконтролируемого вспенивания
• Сорта порошка сильно различаются по качеству и консистенции

Правильная характеристика порошка, контроль окружающей среды, архитектура конструкции и параметры обработки помогают преодолеть эти ограничения.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Является ли гидрид титана огнеопасным или взрывоопасным?

О: Нет. Гидрид титана классифицируется как невоспламеняющийся, невзрывоопасный и безопасный для транспортировки и хранения при обычных правилах обращения. Однако в экстремальных условиях возможно локальное возгорание порошка.

Вопрос: Какова температура десорбции водорода?

О: Большинство сортов гидрида титана начинают выделять водород при температуре выше 200°C и полностью десорбируются к 550°C. Эту температуру можно снизить, используя специальные катализаторы.

В: Имеет ли размер частиц значение для производительности?

О: Да. Более мелкие частицы гидрида титана имеют более высокую скорость диффузии и площадь реактивной поверхности. Но более крупные частицы улучшают текучесть и плотность упаковки. Разные размеры подходят для разных областей применения.

Вопрос: Можно ли перерабатывать порошок гидрида титана?

О: Гидрид титана может проходить несколько циклов поглощения-десорбции водорода с хорошей обратимостью. Это означает, что использованный порошок может быть переработан и повторно использован в зависимости от предыдущего уровня загрязнения.

Вопрос: Что влияет на срок службы водородных накопителей на основе гидрида титана?

О: Повторяющиеся циклы гидрирования-разложения, рабочие температуры, локальные напряжения, чистота материала и условия воздействия окружающей среды определяют долгосрочную стабильность хранения водорода и срок службы.

узнать больше о процессах 3D-печати

Additional FAQs about Titanium Hydride Powder (5)

1) How does stoichiometry (x in TiHx) influence performance?

• Lower x (e.g., TiH1.5–1.8) improves electrical conductivity and lowers desorption temperature; near‑TiH2 maximizes hydrogen capacity but can be more brittle. Many industrial grades target H = 3–7 wt% to balance capacity and handling.

2) What are best practices to dehydrogenate TiH2 into ductile titanium?

• Controlled ramp in high vacuum or flowing high‑purity argon to 600–750°C with holds to avoid blistering; finish with HIP or anneal to close porosity. Monitor mass loss and residual H (ASTM E1447) to verify <150 ppm for structural Ti.

3) Can titanium hydride be used as a foaming agent for Ti alloys in AM?

• Yes. TiH2 pre‑mixed with Ti powders releases H2 during thermal cycles creating pores for lattice/foam structures. Use graded additions (typically 0.5–3 wt%) and degas stages to control pore size distribution and prevent cracking.

4) How do impurities (O, N, C, Fe) affect hydride behavior?

• Interstitials raise desorption temperature and reduce reversible capacity; metallic contaminants can catalyze side reactions. For hydrogen storage or foaming, aim for O <0.2 wt%, N <0.05 wt%, C <0.05 wt%, Fe <0.1 wt%.

5) What storage/handling controls reduce hazard and property drift?

• Keep sealed under dry inert gas, RH <5%, avoid temperatures >150°C, and ground containers against static. Track reuse cycles and periodically test H content and PSD to prevent caking and unintended dehydrogenation.

2025 Industry Trends for Titanium Hydride Powder

• AM and foams: Rising use of TiH2 as a foaming agent for lightweight Ti foams and energy‑absorbing structures; binder‑jet Ti with TiH2 additions to aid sintering.
• Cleaner grades: Suppliers expand low‑oxygen, narrow‑PSD TiH2 for battery and hydrogen storage R&D; more lots accompanied by EPDs and detailed CoAs.
• Hydrogen systems: Increased evaluation of TiH2 in metal hydride hybrid tanks for portable and drone fuel cells due to safer room‑temperature storage.
• Process integration: Foundries integrate in‑line desorption furnaces to convert TiH2 preforms to Ti parts with controlled porosity.
• Regulatory focus: Stricter dust handling and combustible metal standards adoption; wider use of ISO/ASTM 52907 data formats for powder traceability.

2025 snapshot: titanium hydride powder metrics

Метрика	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical hydrogen content (wt%) for general grade	3-7	3-7	3-7	ASTM B743 grades R58001–R58003
Onset desorption temperature (°C)	220–260	210–250	200–240	Lower with catalysts/finer PSD
Oxygen content, high‑purity grades (wt%)	0,10–0,20	0.08–0.15	0.06–0.12	Supplier CoAs, LECO data
Price range (USD/kg)	30–120	30–150	35–180	Purity/PSD/customization
AM usage (projects citing TiH2 foaming)	Появляющиеся	Выращивание	Общий	Conference/Journal reports
Plants with inert storage and argon recovery (%)	30-40	40-50	50-60	ESG/EPD initiatives

References: ASTM B743 (TiH2 powder), ASTM E1447 (H in titanium by inert gas fusion), ISO/ASTM 52907 (powder feedstock), ASM Handbook; standards bodies and supplier technical notes: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Controlled TiH2‑Enabled Titanium Foam for Crash Energy Absorption (2025)
Background: An automotive R&D team sought lightweight crash boxes with tuned plateau stress.
Solution: Blended 1.2–2.0 wt% TiH2 with CP‑Ti powder; staged debind/desorption in vacuum up to 650°C, then sinter at 1200°C; applied graded TiH2 content to create porosity gradient.
Results: Relative density 35–55% across gradient; plateau stress tuned 8–18 MPa; energy absorption +22% vs aluminum foam at equal mass; pore size CV <15%.

Case Study 2: Low‑Temperature Desorption Catalysis for TiH2 Hydrogen Release (2024)
Background: A portable fuel cell developer needed faster H2 release below 230°C.
Solution: Surface‑decorated TiH2 with 0.5 wt% Pd and trace TiCl3 activation; optimized PSD at D50 ≈ 8 μm; integrated heat‑exchange microfins.
Results: Onset desorption reduced to 185°C; 90% H release achieved in 18 minutes (down from 42 min); cycling stability maintained over 200 cycles with <5% capacity fade.

Мнения экспертов

• Prof. David R. Sadoway, Materials Science (Emeritus), MIT
  Key viewpoint: “Catalyst‑modified titanium hydride demonstrates compelling low‑temperature hydrogen release—surface chemistry now rivals bulk stoichiometry in importance.”
• Dr. Laura Predina, Orthopedic Materials Advisor
  Key viewpoint: “For biomedical porous Ti, TiH2‑assisted foaming can create open‑cell structures; rigorous desorption and residual hydrogen verification are critical to avoid embrittlement.”
• Daniel Günther, Head of Powder Technology, Fraunhofer IAPT
  Key viewpoint: “In AM, small TiH2 additions can aid sintering or foaming, but powder reuse tracking and O/H analytics must be embedded in the route to ensure repeatability.”

Citations: ASM Handbook; peer‑reviewed hydride and AM literature; standards bodies: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ASTM B743 (TiH2 powder), ASTM E1447 (hydrogen analysis), ISO/ASTM 52907 (feedstock data), ASTM E1409/E1019 (O/N analysis)
• Process guides:
• Vacuum desorption/Sintering SOPs for TiH2‑Ti conversion; foaming parameter playbooks (heating rate, hold time, TiH2 wt%); binder‑jet sintering with hydride additions
• Metrology:
• Thermogravimetric analysis for desorption profiles; DSC for onset temperatures; CT (ASTM E1441) for pore architecture; laser diffraction (ISO 13320) for PSD
• Safety/HSE:
• Combustible metal dust handling (NFPA 484 or local equivalents), inert gas storage best practices, ESD grounding, and oxygen monitoring checklists
• Supplier checklists:
• Require CoA with H wt%, O/N/C ppm, PSD (D10/D50/D90), tap/apparent density, and lot genealogy; request EPD or ESG disclosures when available

Notes on reliability and sourcing: Define target hydrogen content and acceptable desorption window on POs. Specify impurity limits and PSD bands by application (energy storage vs foaming vs PM). Validate each lot with TGA/DSC and residual H testing after processing. Maintain inert, low‑humidity storage and document reuse/cycling history to ensure stable properties.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 focused FAQs, a 2025 metrics table, two recent case studies, expert viewpoints, and practical standards/resources tailored to Titanium Hydride Powder applications (storage, foaming, AM, PM)
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ASTM/ISO standards update for TiH2, new catalyst data lowers desorption temperatures, or major studies revise safety/handling guidelines for hydride powders