Металлический порошок титана

Обзор

Металлический порошок титана представляет собой мелкозернистую форму металлического титана, используемого в различных производственных сферах. Он обладает превосходным соотношением прочности и веса, коррозионной стойкостью и биосовместимостью, что позволяет использовать его в аэрокосмических компонентах, медицинских имплантатах, спортивном оборудовании, автомобильных деталях и многом другом.

Титановый порошок может быть получен различными методами, включая распыление расплавленного титана, электролиз соединений титана и прямое восстановление титановых руд. Свойства и характеристики порошка зависят от технологии производства, а также от последующей обработки. Важнейшие характеристики, определяющие качество и пригодность титанового порошка, включают гранулометрический состав, морфологию, текучесть порошка, кажущуюся плотность и содержание примесей.

Виды Металлический порошок титана

Тип	Метод производства	Размер частиц	Морфология	Кажущаяся плотность	Текучесть	Приложения
Атомизированный	Газовое или плазменное распыление расплавленного титана	10 - 250 мкм	Сферические, гранулированные	2,2 - 3,8 г/куб. см	Хороший	Аддитивное производство, MIM
Гидрид-дегидрид (HDH)	Гидрогенизация и дегидрогенизация титанового лома	<250 мкм	Неровный, губчатый	1 - 2,5 г/куб. см	Бедный	Литье металлов под давлением
Процесс с вращающимся электродом	Электролиз соединений титана	5 - 150 мкм	Дендритные	2 - 3 г/куб. см	Ярмарка	Аддитивное производство
Алюмотермическое восстановление	Химическое восстановление с помощью алюминия	50 - 500 мкм	Неравномерный, пористый	1,5 - 3 г/куб. см	Ярмарка	Металлизация тугоплавких материалов

Распыленный титановый порошок имеет сферическую морфологию с хорошими характеристиками текучести и упаковки. Он подходит для сложных задач аддитивного производства и литья металлов под давлением.

Порошок гидрида-дегидрида обладает меньшей плотностью и плохой текучестью по сравнению с распыляемым порошком. Он используется преимущественно для литья металлов под давлением из-за своей низкой стоимости.

Порошок для процесса вращающегося электрода имеет уникальные дендритные частицы, обеспечивающие высокую плотность спекания. Он используется в аддитивных методах производства, таких как электронно-лучевое плавление.

Состав металлического порошка титана

Металлические порошки титана подразделяются на четыре марки в зависимости от содержания кислорода и железа в соответствии со стандартами ASTM:

Класс	Кислород (wt%)	Железо (wt%)	Другие элементы
1 класс	0.18	0.20	N, C, H
2 класс	0.25	0.30	N, C, H
3 класс	0.35	0.30	N, C, H
4 класс	0.40	0.50	N, C, H

Основные легирующие элементы в титановом порошке включают:

• Алюминий (Al) - повышает прочность и улучшает термообработку
• Ванадий (V) - повышает прочность и пластичность
• Олово (Sn) - повышает сопротивление ползучести
• Цирконий (Zr) - очищает зерно

Микроэлементы, такие как азот, углерод, водород и железо, также оказывают значительное влияние на механические свойства. Для достижения оптимальных характеристик необходим строгий контроль химического состава.

Свойства металлического порошка титана

Недвижимость	Значение	Значение
Плотность	4,5 г/см3	Ниже, чем у стали и никелевых сплавов
Температура плавления	1660°C	Сохраняет прочность при высоких температурах
Прочность	900 - 1200 МПа	Прочнее алюминия
Модуль упругости	100 - 120 ГПа	Более низкий модуль упругости, чем у стали
Удлинение	15 – 25%	Хорошая пластичность
Коррозионная стойкость	Отличный	Благодаря защитному оксидному слою
Биосовместимость	Отличный	Подходит для медицинских имплантатов
Теплопроводность	7 - 16 Вт/м.К	Ниже, чем у алюминия и стали

Свойства готовых титановых деталей зависят от характеристик порошка, а также от способа изготовления деталей. Большое влияние оказывают пористость, обработка поверхности, термическая обработка и т. д.

К основным преимуществам металлического титана относятся высокая удельная прочность, коррозионная стойкость, усталостная долговечность и биосовместимость. К ограничениям относится высокая реакционная способность при повышенных температурах, требующая инертной атмосферы при работе с порошком и его обработке. Титановые сплавы также сложнее поддаются обработке по сравнению с другими металлами из-за низкой теплопроводности, вызывающей локальный нагрев при обработке.

Применение Металлический порошок титана

Приложение	Примеры	Требуемые характеристики порошка
Аддитивное производство	Аэрокосмические компоненты, ортопедические имплантаты	Сферическая морфология, контролируемый гранулометрический состав менее 100 мкм, высокая чистота
Литье металлов под давлением	Зубные имплантаты, крепеж	Неравномерный порошок размером менее 25 мкм подходит для смешивания со связующим веществом
Металлизация тугоплавких материалов	Титановые покрытия на металлических подложках	Широкий диапазон размеров порошка от 5 мкм до 500 мкм
Порошковая металлургия	Шатуны, карданные валы	Строгий контроль содержания кислорода и азота, хорошая сжимаемость и спекаемость
Термические напыляемые покрытия	Защитные покрытия для морского применения	Специальный порошок для плазменного напыления с оптимизированным распределением частиц по размерам
Пиротехника	Осветительные ракеты, взрывчатые вещества	Более грубый порошок размером более 150 мкм подходит для составов для металлического топлива

Для аддитивного производства предпочтительны тонкие порошки размером менее 100 микрон для достижения хорошего разрешения и механических свойств. Для прессования и спекания сферическая морфология обеспечивает оптимальную плотность, в то время как частицы неправильной формы предпочтительнее для сырья для литья металлов под давлением.

Технические характеристики металлического порошка титана

Стандарты ASTM для различных марок титанового порошка:

Стандарт	Описание	Охваченные классы
ASTM B849	Стандарт на предварительно легированный титановый порошок для MIM	С 1 по 4 класс
ASTM B981	Стандарт на титановые сплавы для покрытий, наносимых методом термического напыления	1 и 2 классы
ASTM B983	Стандарт на порошок гидрида-дегидрида титана для MIM	С 1 по 4 класс

Другие характеристики титанового порошка:

Параметр	Типовые значения	Методы испытаний
Распределение частиц по размерам	От 10 мкм до 150 мкм	Лазерная дифракция, ситовой анализ
Кажущаяся плотность	1 - 4 г/куб. см	Расходомер Холла, волюметр Скотта
Плотность отвода	От 70 до 80% истинной плотности твердого тела	ASTM B527
Морфология порошка	Сферические, зернистые, губчатые, дендритные	SEM, оптическая микроскопия
Расход	25-35 с/50 г	Расходомер Холла
Потери при воспламенении	0,1 - 2 wt%	ASTM E1019
Остаточный водород	От 100 до 500 ppm	Плавление в инертном газе LECO

Поставщики Металлический порошок титана

Поставщик	Метод производства	Степень порошкообразности	Размер частиц
AP&C	Плазменное распыление	1, 2, 5 классы	от 10 до 45 мкм
TLS Technik	Распыление газа	23 класс	45-150 мкм
АМЕТЕК	Вращающийся электрод	2 класс	От 5 до 63 мкм
Пурис	Гидрид-дегидрид	2 класс	До 150 мкм

Ориентировочные цены на металлический порошок титана:

Класс	Ценообразование ($/кг)
1 класс	50-150
2 класс	40-100
5 класс	250 - 500

При крупных заказах свыше 100 кг могут предоставляться оптовые скидки. Фактическая цена зависит от количества, требований к качеству, времени выполнения заказа и т. д.

Сравнение методов производства титановых порошков

Параметр	Газовая атомизация	Плазменное распыление	Процесс HDH	Вращающийся электрод
Морфология	Зернистый, сферический	Высокая сферичность	Губка, неровная	Дендритные
Кислородный сборщик	Умеренный	Низкий	Высокая	Низкий
Пропускная способность	Умеренный	Низкий	Высокая	Умеренный
Стоимость	Умеренный	Высокая	Низкий	Умеренный
Типовые применения	АМ, МИМ	АМ, аэрокосмическая промышленность	MIM	AM

Ни один метод производства не предлагает оптимального соотношения качества и экономичности. Большинство производителей специализируются на одной технологии и предлагают различные сорта, предназначенные для различных областей применения. Качество и повторяемость порошка критически важны для ответственных применений, в то время как стоимость является более важным фактором при производстве больших объемов продукции.

Вопросы и ответы

Вопрос: В чем разница между титановыми порошками марок 1, 2, 3 и 4?

О: Сорта различаются по допустимому содержанию кислорода и железа. Сорт 1 имеет самый низкий уровень содержания кислорода, в то время как сорт 4 допускает более высокий уровень примесей. Более низкие сорта обеспечивают превосходные механические свойства, а более высокие сорта снижают стоимость.

Вопрос: Какой размер частиц титанового порошка мне нужен для аддитивного производства?

О: Для большинства процессов AM оптимальный диапазон размеров частиц составляет от 10 до 45 микрон. Более мелкие порошки менее 100Copy мкм обеспечивают хорошее разрешение и механические свойства. Однако очень мелкие частицы менее 10 мкм сложно равномерно распределить во время наслоения. Кроме того, они более склонны к агломерации.

В: Опасен ли титановый порошок?

О: При определенных условиях титановый порошок может воспламениться и стать причиной взрыва. Мелкие титановые порошки, особенно гидридные, очень огнеопасны. Работа с титановым порошком требует использования инертного газа - аргона или азота. Контейнеры для хранения должны иметь надлежащее заземление. При работе с титановыми порошками работники должны соблюдать меры предосторожности против вдыхания пыли и контакта с кожей.

Вопрос: Как производится титановый порошок?

О: Четыре основных метода производства:

1. Газовое распыление: Поток расплавленного титана разбивается на капли, которые застывают в порошок
2. Плазменное распыление: Чрезвычайно высокая температура плазмы быстро расплавляет и затвердевает титан
3. Процесс HDH: Титановый лом перерабатывается с использованием водородных циклов абсорбции и десорбции
4. Вращающийся электрод: Анодное растворение титановых стержней образует порошок в результате электролитических реакций

В результате каждого процесса получается порошок с различными характеристиками, подходящий для разных областей применения.

Вопрос: Какова цена титанового порошка?

A: Цена на титановый порошок может варьироваться от $40 до $500 за кг в зависимости от сорта, качества, объема заказа и т.д. Сферические порошки сортов 1 и 2 имеют умеренную цену около $100 за кг при небольших объемах. Специальные сплавы, используемые в аэрокосмической промышленности, могут стоить до $500/кг. Гидрид-дегидрид и порошок высшего сорта 4 являются более дешевыми вариантами по цене ближе к $50/кг для промышленных покупателей.

узнать больше о процессах 3D-печати