Справочник по титановым порошкам

Титановые порошки это мелкодисперсные частицы металлического титана, используемые в различных областях применения благодаря своим уникальным свойствам, таким как высокое соотношение прочности и веса, коррозионная стойкость и биосовместимость. В данном руководстве представлен подробный обзор различных типов титановых порошков, их состава, свойств, методов производства, областей применения и поставщиков.

Обзор титановых порошков

Титановые порошки имеют различные степени чистоты, размеры частиц и морфологию, что позволяет использовать их в различных областях аэрокосмической, автомобильной, химической, медицинской, военной и других отраслей промышленности.

Ключевые особенности, которые делают титановые порошки полезными:

• Высокое соотношение прочности и массы
• Отличная коррозионная стойкость
• Низкая плотность по сравнению с другими металлическими материалами
• Биосовместимость и нетоксичность
• Способность выдерживать экстремальные температуры
• Высокая химическая стабильность в различных средах
• Универсальные возможности производства и обработки

С развитием технологий для удовлетворения потребностей в области применения производятся титановые порошки с более контролируемыми характеристиками частиц.

Виды Титановые порошки

Титановые порошки можно классифицировать по составу, способу производства, морфологии частиц, гранулометрическому составу и другим параметрам:

Состав титанового порошка

• Коммерчески чистый титан обладает повышенной коррозионной стойкостью. Титановые сплавы обеспечивают повышенную прочность.
• В зависимости от требуемых свойств могут присутствовать и другие легирующие элементы, такие как молибден, цирконий, олово, кремний, медь и хром.

Метод производства титанового порошка

• Газоатомизированные порошки имеют более сферические частицы, идеально подходящие для аддитивного производства, в то время как порошки HDH имеют неправильную форму.
• Порошки, атомизированные плазмой, позволяют получать более мелкие частицы размером менее 15 микрон.

Морфология частиц титанового порошка

• Форма частиц влияет на поток порошка, плотность упаковки и однородность слоя в процессах AM.
• Более гладкие, сферические порошки обеспечивают лучшую производительность в большинстве систем металлического AM.

Распределение частиц титанового порошка по размерам

Титановые порошки, пригодные для процессов AM, таких как лазерное сплавление в порошковом слое (L-PBF) и направленное энергетическое осаждение (DED), имеют распределение частиц по размерам между:

• 15-45 мкм
• 45-150 мкм

Более тонкие порошки 15-45 микрон обеспечивают более высокое разрешение, а более крупные порошки 45-150 минимизируют захваченные газы и улучшают текучесть.

Свойства титановых порошков

Ключевыми свойствами титановых порошков являются:

Таблица: Свойства титанового порошка

• Оксидный слой делает титан устойчивым к коррозии и обеспечивает биологическую инертность.
• Титан имеет самое высокое соотношение прочности и веса среди металлов после бериллия.
• Легирование значительно улучшает механические свойства при высоких температурах.

Методы производства титановых порошков

Обычно для получения титановых порошков используются следующие технологии:

Таблица: Методы производства титанового порошка

Дополнительные этапы, такие как просеивание, деоксигенация или консолидация, могут дополнительно модифицировать порошки для конкретных применений.

Применение Титановые порошки

Основные области применения, в которых используются свойства титанового порошка:

Таблица: Области применения титанового порошка

• Биосовместимость позволяет интегрировать титановые имплантаты с минимальной воспалительной реакцией.
• Возможность 3D-печати сложных титановых компонентов расширяет гибкость производства.

В частности, титановый сплав Ti-6Al-4V доминирует в авиации, медицинских имплантатах и металлообработке благодаря своей прочности, обрабатываемости и коррозионной стойкости в сочетании с коммерческой доступностью.

Технические характеристики титанового порошка

Промышленные титановые порошки для AM и других применений должны соответствовать спецификациям по составу, гранулометрическому составу, морфологии, характеристикам текучести, содержанию примесей и другим параметрам.

Таблица: Технические характеристики титанового порошка

Соблюдение стандартов качества порошка обеспечивает постоянство, надежность и производительность в производстве AM.

Поставщики титановых порошков

Основные производители и поставщики титанового порошка в мире включают:

Таблица: Поставщики титанового порошка

Цены варьируются от $50/кг для порошка неправильной формы до более $1000/кг для высокосферических материалов, распыляемых плазмой, которые используются в таких сложных областях, как аэрокосмические компоненты.

Сравнение титановых порошков

Таблица: Сравнение типов титановых порошков

Порошки HDH менее дороги, но неравномерные частицы ограничивают их использование в технологиях прессования и спекания, в то время как порошок, распыляемый плазмой, несмотря на высокую стоимость, обеспечивает превосходные свойства текучести и плавления для требовательного аддитивного производства. Порошок, распыляемый газом, обеспечивает хороший баланс для большинства применений.

Преимущества и ограничения Титановые порошки

Таблица: Преимущества и ограничения титановых порошков

Достоинства титана делают его пригодным для специализированных применений, несмотря на такие недостатки, как высокая стоимость и чувствительность к загрязнению при повторном использовании или переработке.

Часто задаваемые вопросы

1. Почему высокая чистота важна для титановых порошков, предназначенных для медицинских или аэрокосмических применений?

Высокая степень чистоты минимизирует негативные биологические реакции и обеспечивает надежную работу в сложных условиях эксплуатации в течение десятилетий. Следовые элементы могут негативно влиять на механические свойства и коррозионную стойкость.

2. В чем преимущество сфероидальных титановых порошков для AM?

Сферические порошки с гладкой поверхностью обеспечивают отличную текучесть, распределение, плотность упаковки и однородность слоя в процессе лазерного или электронно-лучевого плавления, что позволяет получать более качественные 3D-печатные компоненты.

3. Какой метод производства титанового порошка позволяет получить частицы наилучшего размера?

Плазменное распыление титана позволяет получать очень мелкие частицы в диапазоне 5-15 микрон за счет более высокого энергопотребления, что позволяет осуществлять AM-обработку с очень высоким разрешением. Однако производительность ниже, чем при газовом распылении.

4. Почему газовое распыление является самым популярным методом производства титанового порошка?

Порошки, распыляемые газом, обеспечивают хороший баланс распределения частиц по размерам, сферическую морфологию, насыпную плотность и умеренное поглощение кислорода в процессе производства при разумной стоимости. Это обеспечивает большую гибкость при выполнении спецификаций для прессования, AM, термического напыления и других технологий порошковой металлургии.

5. Что подразумевается под "частицами-спутниками" в распыляемом в плазме титановом порошке?

Спутники - это очень мелкие частицы недостаточного размера, которые прилипают к поверхности более крупных частиц во время быстрого затвердевания. Эти частицы могут попадать в слои, негативно влияя на консолидацию и плотность.

Резюме

Благодаря высокой прочности, низкой плотности, термостойкости, коррозионным свойствам и биосовместимости титановые порошки находят применение в аэрокосмической, медицинской, автомобильной, химической и военной отраслях.

Современные методы газового, плазменного и индукционного распыления позволяют получать титановые порошки с заданными характеристиками частиц для достижения максимальной производительности в процессах AM с порошковым слоем, а также в процессах литья металлов под давлением, прессования и спекания, термического напыления и других.

Ведущие производители титановых порошков предлагают различные марки, включая коммерчески чистый титан, а также рабочие сплавы, такие как Ti-6Al-4V, отвечающие ключевым требованиям по распределению размеров, форме и чистоте.

Несмотря на более высокую стоимость по сравнению со сталью, титановые порошки обеспечивают необходимое сочетание механических и химических свойств, что оправдывает их использование в критически важных вращающихся деталях, системах бронезащиты, биомедицинских имплантатах и 3D-печатных компонентах, где важны производительность, срок службы и надежность.

Продолжающиеся исследования и разработки, направленные на производство порошков, последующую обработку, разработку и квалификацию сплавов, призваны расширить применение титана в аэрокосмической, оборонной, автоспортивной и медицинской отраслях, где его возможности могут позволить создать транспортные и медицинские технологии нового поколения.

узнать больше о процессах 3D-печати