Порошок нитрида титана
Оглавление
Порошок нитрида титана (TiN) - это чрезвычайно твердый керамический материал с уникальными свойствами, которые позволяют использовать его в различных отраслях промышленности. В этой статье представлен обзор порошок нитрида титанаСостав, основные характеристики, процесс производства и области применения.
Обзор порошка нитрида титана
Нитрид титана или TiN - это золотисто-желтое керамическое соединение, состоящее из атомов титана и азота. Его химическая формула - TiN.
Некоторые ключевые особенности порошка нитрида титана включают:
- Исключительная твердость - почти такая же, как у алмаза
- Отличная износостойкость и коррозионная стойкость
- Высокая термическая стабильность
- Золотистый металлический цвет
- Электропроводящий
- Биосовместим и нетоксичен.
Уникальное сочетание свойств порошка TiN привело к тому, что он используется для нанесения поверхностных покрытий на инструменты, автомобильные компоненты, турбины, медицинские имплантаты и т. д.
В следующих разделах более подробно описаны состав, характеристики, производство и применение порошка нитрида титана.
![Порошок нитрида титана 1 порошок нитрида титана](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/Tungsten-Powder.jpg)
Состав и характеристики Порошок нитрида титана
Недвижимость | Описание | Единицы |
---|---|---|
Химическая формула | Банка | |
Химический состав (типичный) | – Титан (Ti): Мин. 77,0 wt%<br> – Азот (N): Мин. 20.0 wt%<br> – Углерод (C): Макс. 0,1 wt% | wt% |
Кристаллическая структура | Гранецентрированная кубическая типа NaCl | |
Размер частиц | Варьируется в зависимости от применения<br> – Микронизированные порошки: < 10 микрон<br> – Субмикронные порошки: < 1 микрон<br> – Нанопорошки: < 100 нанометров | микроны, нанометры |
Внешний вид | Золотой | |
Температура плавления | ~2930°С | °C |
Плотность | 5,22 – 5,44 г/см³ | г/см³ |
Твердость | Твердость по Виккерсу: 1800-2100 HV.<br> Твердость по Моосу: 8-9 | ВН |
Модуль упругости | 550 ± 50 ГПа | ГПа |
Коэффициент теплового расширения | 9,35 × 10⁻⁶ К⁻¹ | К⁻¹ |
Электропроводность | Металлический проводник (проводимость зависит от стехиометрии и примесей) | См/м |
Теплопроводность | Высокий (15-30 Вт/мК) | Вт/мК |
Температура сверхпроводящего перехода | До 6,0 К (монокристаллы) | К |
Химическая стабильность | Отличная устойчивость к большинству химикатов при комнатной температуре.<br> Реагирует с кислородом при высоких температурах (> 800°C) | |
Биосовместимость | Обычно считается биосовместимым |
Процесс производства порошка нитрида титана
Процесс | Описание | Преимущества | Недостатки |
---|---|---|---|
Азотирование | Это наиболее широко используемый метод получения порошка нитрида титана. Он включает реакцию титанового сырья с газообразным азотом или аммиаком при высоких температурах (обычно выше 900°C). Реакцию можно проводить в различных конфигурациях реакторов, включая псевдоожиженный слой, вращающиеся реакторы и плазменные реакторы. | – Отработанная и надежная технология – Производит порошок TiN высокой чистоты – Обеспечивает хороший контроль морфологии порошка | – Требуются высокие температуры, что приводит к повышенному потреблению энергии – Размер частиц и их распределение по размерам трудно контролировать при высоких температурах – Потенциальное загрязнение кислородом, если не тщательно контролировать |
Карботермическое восстановление | Этот метод включает нагревание смеси диоксида титана (TiO2), углерода (графита или древесного угля) и газообразного азота до высоких температур (около 1300°C). Углерод действует как восстановитель, превращая диоксид титана в нитрид титана. | – Предлагает потенциально более дешевую альтернативу азотированию – Может использоваться для производства нитрида титана с определенным составом карбонитридов | – Более сложная химия реакции по сравнению с азотированием – Строгий контроль соотношения исходных материалов и условий реакции имеет решающее значение для достижения желаемой чистоты продукта – Могут потребоваться дополнительные этапы постобработки для удаления примесей |
Реактивное шаровое фрезерование | Это высокоэнергетический механохимический процесс, при котором титановый порошок и источник азота (часто мочевина) измельчаются вместе в высокоэнергетической шаровой мельнице. Механическая сила мелющих шаров разрушает частицы и способствует твердофазной реакции между титаном и азотом, образуя нитрид титана при относительно низких температурах (около комнатной температуры). | – Подходит для производства наноразмерного порошка нитрида титана – Более низкое энергопотребление по сравнению с высокотемпературными методами – Может быть масштабируемым процессом | – Относительно новая технология, требующая постоянных исследований и разработок – Может привести к загрязнению мелющих тел – Достижение равномерного распределения частиц по размерам может оказаться сложной задачей |
Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) | Этот метод предполагает введение газов-прекурсоров, содержащих титан и азот, в нагретую реакционную камеру. Газы-прекурсоры разлагаются и реагируют с образованием частиц нитрида титана, которые затем осаждаются на подложку или собираются в виде порошка. | – Универсальный метод, позволяющий производить порошки с заданными свойствами. – Обеспечивает точный контроль размера и морфологии частиц. | – Требуется сложное и дорогое технологическое оборудование – Ограниченные производственные мощности по сравнению с другими методами – Соображения безопасности из-за использования потенциально опасных газов-прекурсоров |
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) | Подобно CVD, PVD включает испарение титана в вакууме и реакцию его с газообразным азотом. Испаренный титан можно получить с помощью различных методов, таких как распыление, катодно-дуговое осаждение или электронно-лучевое испарение. | – Подходит для производства тонких пленок или порошков нитрида титана высокой чистоты и четких границ – Обеспечивает хороший контроль толщины и состава пленки | – Узкоспециализированное и дорогое оборудование – Ограниченная производительность при производстве порошка – Нанесение на прямой видимости, что делает его непригодным для обработки изделий сложной геометрии |
![Порошок нитрида титана 2 Порошок нитрида титана](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/10/S2.jpg)
Применение и использование порошка нитрида титана
Категория | Приложение | Задействованная недвижимость | Подробности |
---|---|---|---|
Режущий инструмент | Сверла, фрезы, концевые фрезы | Высокая твердость, износостойкость, низкий коэффициент трения. | Порошок нитрида титана (TiN) является популярным выбором для покрытия режущих инструментов благодаря своей исключительной твердости, которая продлевает срок службы инструмента почти в три раза по сравнению с инструментами без покрытия. Низкий коэффициент трения покрытий TiN снижает трение между инструментом и заготовкой, сводя к минимуму выделение тепла и повышая эффективность резания. Кроме того, износостойкость TiN предотвращает сколы и разрушение режущей кромки, дольше сохраняя остроту реза. |
Медицинские приборы | Лезвия скальпелей, пилы для костей, ортопедические имплантаты | Биосовместимость, износостойкость, острота. | В медицинской сфере порошок TiN находит применение для покрытия хирургических инструментов, таких как скальпели и костные пилы. Его биосовместимость делает его безопасным для имплантации в организм. Кроме того, износостойкость покрытий TiN гарантирует, что эти инструменты сохранят остроту во время процедур, что приводит к более чистым разрезам и улучшению результатов лечения пациентов. TiN также используется для покрытия некоторых ортопедических имплантатов, таких как эндопротезы тазобедренного сустава, благодаря его способности повышать износостойкость и уменьшать трение на границе раздела имплантат-кость, способствуя долгосрочной стабильности имплантата. |
Декоративные покрытия | Бижутерия, автомобильная отделка | Привлекательный золотистый цвет, высокая долговечность. | Помимо функционального применения, порошок TiN ценится за свои эстетические свойства. Металлический золотой цвет покрытий TiN делает их идеальными для декоративных целей в бижутерии и автомобильной отделке. В отличие от покрытия из настоящего золота, TiN обеспечивает превосходную долговечность и устойчивость к царапинам, сохраняя свой блеск в течение длительного времени. Такое сочетание эстетики и функциональности делает порошок TiN привлекательным выбором для производителей, ищущих баланс между стилем и долговечностью. |
Потребительские товары | Сантехническое оборудование, дверные ручки | Коррозионная стойкость, износостойкость, эстетическая привлекательность. | Полезные свойства TiN распространяются и на товары повседневного спроса. Обычное применение - покрытие сантехнических приборов и дверных ручек. Коррозионная стойкость TiN защищает эти изделия от потускнения и износа, особенно в местах, подверженных воздействию влаги. Кроме того, износостойкость покрытий TiN предотвращает появление царапин и обеспечивает бесперебойную работу смесителей и дверных ручек. В некоторых случаях верхний слой TiN используется поверх базового покрытия из никеля или хрома, обеспечивая сочетание долговечности, коррозионной стойкости и легкой элегантности. |
Полупроводники | Диффузионные барьеры, электрические проводники | Высокая термическая стабильность, хорошая электропроводность. | В области полупроводников порошок TiN играет решающую роль в процессе производства. Тонкие пленки TiN наносятся на кремниевые пластины и действуют как диффузионные барьеры, предотвращая миграцию нежелательных элементов через слои и нарушение электрических свойств устройства. TiN также обладает хорошей электропроводностью, что делает его пригодным для использования в качестве электрических контактов в интегральных схемах. |
Новые приложения | Солнечные элементы, архитектурные покрытия | Широкий спектр свойств | Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы направлены на изучение новых применений порошка TiN. В области солнечной энергетики исследуются покрытия TiN на предмет их потенциала для повышения эффективности солнечных элементов. Способность TiN поглощать определенные длины волн света и отражать другие может привести к разработке более эффективных светособирающих устройств. Кроме того, сочетание свойств TiN, включая твердость, устойчивость к коррозии и эффект самосмазывания, делает его перспективным кандидатом для архитектурных покрытий зданий. Эти покрытия могут обеспечить защиту от суровых погодных условий, улучшить свойства самоочищения и потенциально повысить эстетическую привлекательность конструкций. |
Технические характеристики Порошок нитрида титана
Порошковые продукты из нитрида титана доступны с различными уровнями чистоты, гранулометрическим составом, морфологией и могут быть адаптированы в соответствии с требованиями приложения.
Некоторые важные характеристики порошка TiN:
Спецификация | Подробности |
---|---|
Чистота | Минимальное содержание нитрида титана 99% для большинства применений. Для некритичных применений также используются материалы более низкой чистоты ~92%-95%. |
Морфология формы частиц | Варьируется от сферических, агломерированных до угловатых |
Распределение частиц по размерам (d50) | Диапазон от наноразмеров 30-50 нм до микронного уровня 2-5 мкм для покрытий инструментов/компонентов. Также распространен субмикронный класс ~0,5 мкм. |
Удельная площадь поверхности (УП) | От низких 5 м2/г для микронных сортов до 15-30 м2/г для нанопорошка |
Цвет | Металлическое яркое золото |
Температура плавления | 2950°C |
Твердость по шкале Мооса | 8.5 |
Кристаллическая структура | Кубический - тип NaCl |
Плотность | 5,22 г/см3 |
Содержание кислорода/углерода | При 1% содержание кислорода важно для обеспечения высокой чистоты |
Таблица 1: Краткое описание технических характеристик нитрида титана
При изготовлении на заказ эти характеристики порошка могут быть изменены в соответствии с целевыми отраслевыми задачами.
Мировые поставщики и ценообразование
Область | Основные поставщики | Продукт | Цена (USD/кг) | Ключевые соображения |
---|---|---|---|---|
Северная Америка | American Elements, Титановые заводы США, Nanoventure | Микронизированный TiN (>1 микрон) | 100-200 | Обеспечивает хороший баланс между стоимостью и производительностью для износостойких покрытий. |
Alfa Aesar, Специальные материалы ATI | Нанометризированный TiN (<100 нм) | 400-800 | Большая площадь поверхности идеально подходит для применения в электронике и катализе. | |
Praxair Surface Technologies | Сырье для CVD (химического осаждения из паровой фазы) | Цена по запросу | Постоянное качество и размер частиц имеют решающее значение для тонкопленочных покрытий. | |
Европа | ХК Старк, Sandvik Hyperion, Plansee | ТиН общего назначения | 80-150 | Широкая доступность от известных европейских производителей. |
Эвоник Индастриз, Аркема | TiN высокой чистоты (99.9%+) | 250-500 | Востребован в аэрокосмической и медицинской промышленности. | |
Наноматериалы | Ультрамелкий TiN (<50 нм) | 800-1200 | Ведущий поставщик для целей исследований и разработок | |
Азиатско-Тихоокеанский регион | China National Bluestar (CNB), Новый углеродный материал Fangda, Нинбо Тяньсян | Коммерческий класс TiN | 50-80 | Экономичный вариант для массового применения |
Тода Металл, Mitsui Mining & Smelting | Высокопроизводительный TiN | 120-200 | Известный своим качеством и стабильностью в Азии | |
Химическая лаборатория Коджундо | Специализированные марки TiN (например, легированные) | Цена по запросу | Опыт разработки порошков, разработанных по индивидуальному заказу для конкретных нужд. |
![Порошок нитрида титана 12 Порошок нитрида титана](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/CoCrMo-Powder.jpg)
Сравнение между нитридом титана и другими твердыми покрытиями
Сравнение свойств
Свойства | Нитрид титана | Нитрид хрома | Нитрид титана алюминия | Алмазоподобный углерод | Карбид титана |
---|---|---|---|---|---|
Твердость (HV) | 2000 – 2400 | 1400 – 1800 | 3200 – 3400 | 1000 – 1500 | 2800 – 3400 |
Прочность | Отличный | Хороший | Superior | Очень хорошо | Чрезвычайно высокий |
Износостойкость | Чрезвычайно высокий | Умеренный | Исключительно высокий | Умеренный | Исключительно высокий |
Коррозионная стойкость | Высокая | Умеренный | Очень высокий | Низкий | Высокая |
Устойчивость к окислению | Умеренный | Хороший | Отличный | Хороший | Хороший |
Коэффициент трения | 0.5 | 0.35 – 0.6 | 0.4 | 0.1 – 0.2 | 0.25 – 0.35 |
Цвет | Яркое золото | Серый | Темно-фиолетовый | Графитовый серый | Сине-серый |
Макс. Рабочая температура (°C) | 500 | 750 | 800 | 250 | 600 |
Стоимость | Умеренный | Низкий | Высокая | Высокая | Высокая |
Токсичность | Нетоксичный | Содержит Cr, Co | Нетоксичный | Нетоксичный | Нетоксичный |
Преимущества нитрида титана
Некоторые преимущества и достоинства выбора покрытий из нитрида титана по сравнению с другими альтернативами:
- Чрезвычайная твердость для защиты от износа с показателями, сравнимыми с TiC
- Коррозионная стойкость, подходящая для большинства производственных сред
- Высокая температурная стабильность, сохраняющая твердость до ~500°C
- Низкая токсичность - в отличие от CrN, безопасен для медицинских устройств/имплантатов
- Отличная адгезия к подложке из титанового сплава и нержавеющей стали
- Биоинертность упрощает утверждение биосовместимости
- Нейтральный коэффициент трения предотвращает заклинивание деталей
- Более высокая стойкость к окислению по сравнению с покрытиями TiC
Ограничения нитрида титана
Несмотря на очень хорошие характеристики, нитрид титана имеет некоторые ограничения:
- Более низкая температурная стабильность по сравнению с AlTiN, который стабилен при температуре свыше 800°C
- Относительно более низкая прочность и ударопрочность по сравнению с DLC
- Повышенные нагрузки на покрытие могут привести к растрескиванию/отслаиванию со временем
- Не рекомендуется использовать в кислой среде из-за самопроизвольного окисления
- Более дорогие по сравнению с простыми покрытиями из Cr или WC
- Процессы металлообработки могут нанести металлические остатки на покрытие TiN
Когда следует выбирать альтернативы нитриду титана
Другие покрытия могут быть более подходящими, чем TiN:
- Рабочая температура превышает 500°C (используйте AlTiN или нитрид хрома)
- Необходима повышенная прочность к ударным нагрузкам (учитывайте DLC)
- Требуется прохождение радиочастотных сигналов, например, в аэрокосмической отрасли/телекоммуникациях (лучший вариант DLC)
- Подвергается воздействию галогенных кислот или других очень агрессивных сред (выберите DLC)
![Порошок нитрида титана 13 порошок нитрида титана](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/GA-Al-7075.png)
Плюсы и минусы покрытия из нитрида титана
Характеристика | Плюсы | Cons |
---|---|---|
Износостойкость | * Значительно продлевает срок службы инструмента за счет снижения трения и износа. Режущие инструменты, сверла и другие инструменты служат дольше, что снижает затраты на замену и время простоя. * Обеспечивает превосходную защиту от абразивных материалов, что делает его идеальным для обработки композитов, дерева и некоторых металлов. | * Хрупкость: хотя TiN и твердый, он может отколоться или отколоться при сильном ударе или чрезмерной силе. Может не подходить для тяжелых ударных применений. * Толщина |
Снижение трения | * Снижает коэффициент трения, что приводит к более плавной резке. Это снижает выделение тепла, которое может повредить инструменты и ухудшить качество заготовки. * Минимизирует потребление энергии во время обработки, что приводит к экономии затрат и более экологичному процессу. | * Производительность может варьироваться в зависимости от обрабатываемого материала. В некоторых случаях смазка все же может потребоваться. |
Коррозионная стойкость | * TiN действует как барьер против коррозии, защищая основной металл от ржавчины и других факторов окружающей среды. * Сохраняет целостность и функциональность инструментов и компонентов в суровых условиях. | * Не так эффективен против некоторых химикатов или сильнокоррозионных веществ. * Другие покрытия могут лучше подходить для обеспечения экстремальной коррозионной стойкости. |
Термическая стабильность | * Хорошо работает при повышенных температурах, что делает его пригодным для высокоскоростной обработки. * Уменьшает термический износ инструмента и сохраняет точность размеров обрабатываемых деталей. | * Возможно, не лучший выбор для сред с чрезвычайно высокими температурами, где другие современные покрытия превосходны. |
Эстетика | * Характерный золотистый или желтоватый оттенок, часто ассоциирующийся с высокопроизводительными инструментами. * Улучшает визуальную привлекательность некоторых продуктов. | * Косметическая выгода вторична по отношению к функциональным преимуществам. * Цвет может незначительно отличаться в зависимости от процесса нанесения. |
Стоимость | * Относительно доступная цена по сравнению с некоторыми другими передовыми технологиями нанесения покрытий. * Обеспечивает значительное улучшение производительности при разумной цене. | * Первоначальную стоимость покрытия необходимо сопоставить с преимуществами увеличения срока службы инструмента и повышения эффективности обработки. |
Воздействие на окружающую среду | * Снижает количество отходов за счет продления срока службы инструмента, требующего меньшего количества замен. * Способствует более устойчивому процессу обработки. | * Сам процесс нанесения покрытия может включать использование определенных химикатов, требующих правильных процедур утилизации. |
![Порошок нитрида титана 14 Порошок нитрида титана](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/FeCoNiCrMo.jpg)
ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
В: Почему нитрид титана имеет золотистый цвет?
О: Золотистый цвет обусловлен свойствами поглощения и отражения света кристаллической структурой нитрида титана, которая придает покрытиям TiN, нанесенным плазменным или паровым методом, характерный золотистый оттенок.
Вопрос: Является ли нитрид титана токсичным?
О: Нет, керамика из нитрида титана считается абсолютно нетоксичной и биоинертной, что делает ее безопасной для использования в биомедицинских имплантатах в соответствии со стандартами биосовместимости ISO 10993.
Вопрос: Какую толщину покрытия TiN следует использовать?
О: Типичный диапазон толщины составляет 1-5 микрон. Более тонкие покрытия толщиной 0,5-1 микрон обеспечивают защиту от износа. Пленки толщиной 2-5 микрон обеспечивают коррозионную и эрозионную стойкость для более длительной эксплуатации.
Вопрос: Покрытие TiN увеличивает или уменьшает трение?
О: TiN значительно снижает коэффициент трения по сравнению со сталью. Точные значения варьируются от 0,4 до 0,9 в зависимости от материала детали, что снижает общее трение, но предотвращает заедание галтели.
Вопрос: Какова типичная твердость пленок нитрида титана?
О: Значения твердости составляют 2000-2500 единиц по Виккерсу при осаждении тонких пленок методами PVD или CVD, что является одним из самых высоких значений, достижимых для коммерческих покрытий.
Вопрос: Что такое водный нитрид титана?
О: Aqua TiN - это покрытие из карбонитрида титана, легированного кремнием 8-20%, которое придает покрытию аква-голубой цвет и обеспечивает отличные трибологические характеристики при температурах до 700 град. C.
Вопрос: Предотвращает ли покрытие TiN задиры и адгезионный износ?
О: Да, нитрид титана широко используется в таких областях, как формовка/штамповка/вытяжка, где он служит отличным антизадирным и антизадирным покрытием даже в условиях граничной смазки.
В: В каких отраслях промышленности используются покрытия из нитрида титана?
О: Все основные отрасли производства, включая автомобильную, аэрокосмическую, текстильную, упаковочную, электронную, сталелитейную, нефтехимическую, медицинскую и т.д., используют пленки TiN для повышения производительности и надежности критических деталей и оснастки.
Поделиться
Facebook
Twitter
LinkedIn
WhatsApp
Электронная почта
MET3DP Technology Co., LTD - ведущий поставщик решений для аддитивного производства со штаб-квартирой в Циндао, Китай. Наша компания специализируется на производстве оборудования для 3D-печати и высокопроизводительных металлических порошков для промышленного применения.
Сделайте запрос, чтобы получить лучшую цену и индивидуальное решение для вашего бизнеса!
Похожие статьи
О компании Met3DP
Воспроизвести видео
Последние обновления
Наш продукт
CONTACT US
Есть вопросы? Отправьте нам сообщение прямо сейчас! После получения Вашего сообщения мы всей командой выполним Ваш запрос.
Получите информацию о Metal3DP
Брошюра о продукции
Получить последние продукты и прайс-лист
![металлический 3dp логотип малый](https://met3dp.com/wp-content/uploads/2023/09/metal-3dp-logo-small.png)
Металлические порошки для 3D-печати и аддитивного производства
КОМПАНИЯ
ПРОДУКТ
ИНФОРМАЦИЯ О КОНТАКТЕ
- Город Циндао, Шаньдун, Китай
- [email protected]
- [email protected]
- +86 19116340731