Титановые порошки: производство, характеристики,

Обзор

Титановый порошок - это универсальный металлический материал, который ценится за уникальное сочетание высокой прочности, низкой плотности, коррозионной стойкости и биосовместимости. В виде порошка титан позволяет использовать такие передовые технологии производства, как литье металлов под давлением (MIM), аддитивное производство (AM), горячее изостатическое прессование (HIP), прессование и спекание в порошковой металлургии (PM) для создания сложных титановых компонентов.

Основные области применения титанового порошка - аэрокосмические компоненты, медицинские имплантаты, автомобильные детали, спортивное оборудование, химическая обработка и потребительские товары. В данном руководстве представлен полный обзор титанового порошка, включая методы производства, составы сплавов, характеристики, свойства, спецификации, области применения и мировых поставщиков. Оно призвано помочь инженерам, конструкторам изделий и руководителям технических программ в выборе и использовании титановые порошки.

Производство титанового порошка

Титановый порошок производится следующими основными методами:

Методы производства титановых порошков

• Газовая атомизация - Инертный газ под высоким давлением расщепляет расплавленный титан в сферический порошок
• Плазменное распыление - Дуги титановых электродов создают сверхтонкий сферический порошок
• Гидрирование/дегидрирование - Порошок гидрида титана (TiO2) обезвоживается и превращается в мелкий порошок
• Механическое фрезерование - Шаровое измельчение разбивает титановую стружку на частицы неправильной формы
• Сфероидизация плазмы - Порошок неправильной формы, расплавленный в плазме для получения сферических форм

Наиболее распространены газовое распыление и механическое измельчение, создающие сферические и угловатые формы порошка соответственно. Дополнительное просеивание, кондиционирование и смешивание создают распределение частиц по размерам в зависимости от конкретного применения.

Составы титанового порошка

В то время как коммерчески чистые титановые порошки большинство порошков для промышленного использования содержат небольшое количество легирующих элементов:

Распространенные составы титановых порошков

Алюминий, ванадий и ниобий - обычные добавки для повышения прочности и обрабатываемости. Также встречаются следы бора, углерода, железа и кислорода.

Легирование позволяет изменять микроструктуру, твердость, обрабатываемость и другие свойства, сохраняя при этом отличную коррозионную стойкость.

Характеристики титановых порошков

Основные характеристики титанового порошка включают:

Характеристики титанового порошка

Гранулометрический состав и форма порошка существенно влияют на текучесть порошка, его уплотнение, реакцию спекания и плотность прессованных и спеченных деталей. Кажущаяся плотность указывает на сжимаемость порошка.

Свойства Титановые порошки

Основные свойства титанового порошка включают:

Свойства титанового порошка

Легирование алюминием, ванадием и ниобием значительно повышает прочность и твердость. Конкретные свойства в значительной степени зависят от конечной микроструктуры.

Области применения титанового порошка

Основные области применения титанового порошка включают:

Применение титанового порошка

Уникальные свойства титана делают его привлекательным для снижения веса аэрокосмических компонентов при сохранении механической целостности в экстремальных условиях.

Отличная биосовместимость и коррозионная стойкость способствуют использованию титана в ортопедических и стоматологических имплантатах. Способность изменять свойства титана позволяет создавать спортивные товары с особыми эксплуатационными характеристиками.

Технические характеристики титановых порошков

Состав и качество титанового порошка определяются различными стандартными спецификациями:

Стандарты титанового порошка

Они определяют допустимые уровни легирующих добавок, примесей, таких как кислород/азот/углерод, распределение частиц по размерам и другие методы испытаний, актуальные для различных областей применения.

Мировые поставщики Титановые порошки

Многие крупные корпорации производят титановые порошки наряду с небольшими региональными производителями:

Производители титанового порошка

Многие поставляют как стандартные, так и нестандартные составы сплавов. Некоторые обеспечивают толлинговую переработку лома и стружки в порошок.

Выбор титанового порошка

При выборе титанового порошка необходимо учитывать следующие факторы:

• Состав сплава - Сбалансированность желаемых свойств, таких как прочность, пластичность, твердость
• Уровень чистоты - Влияет на механические свойства и микроструктуру
• Размер и форма частиц - Влияет на расход порошка, плотность, качество поверхности
• Кажущаяся и таповая плотность - Указывает на сжимаемость и реакцию спекания
• Химическая совместимость - Для таких условий эксплуатации, как кислота или соленая вода
• Процедуры отбора проб - Репрезентативные испытания партий порошка
• Сертификаты качества - ISO 9001, AS9100 и др.
• Техническая экспертиза от производителя порошка

Создание образцов и прототипов помогает проверить новые сплавы и порошки для конкретного применения. Тесно сотрудничая с авторитетными поставщиками, мы получаем титановый порошок с хорошими характеристиками для достижения оптимальных результатов.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

В чем преимущество плазменного распыления титанового порошка?

Плазменное распыление позволяет получить очень сферические, текучие частицы размером 10-45 микрон. Это обеспечивает превосходную плотность спекания и чистоту поверхности.

Почему титановый порошок является пирофорным?

Пирофорные титановые порошки самовозгораются в воздухе. Это происходит из-за чрезвычайно малого размера частиц менее 10 микрон, что значительно увеличивает площадь поверхности и реакционную способность. Для работы с пирофорными порошками используйте инертный газ.

Как форма частиц влияет на свойства титанового порошка?

Сферический порошок хорошо сыпется и обеспечивает более высокую и равномерную плотность и механические свойства. Порошок неправильной формы обеспечивает лучшую прочность и сжимаемость, но менее предсказуемую усадку.

Какая последующая обработка может улучшить повторное использование титанового порошка?

Просеивание, измельчение и термическая обработка позволяют повторно использовать порошки, не входящие в состав. Плазменная сфероидизация превращает стружку и более крупные частицы в сферическое порошковое сырье.

Какие стандарты применяются к аддитивному производству титановых деталей?

ASTM F3001-14 описывает характеристики и контроль качества порошка сплава титана для AM. ASTM F2924-14 дает стандартные методы испытаний для оценки механических свойств титана для АМ.

Можно ли напечатать в 3D композитную конструкцию из титана и стали?

Да, некоторые процессы 3D-печати металлов позволяют переходить от титанового сплава к сплаву из нержавеющей стали в рамках одной детали путем точного переключения материалов для создания биметаллических компонентов.

Заключение

Благодаря уникальным свойствам титанового порошка инженеры могут создавать высокоэффективные компоненты. Тщательный выбор характеристик порошка и тесное сотрудничество с опытными поставщиками позволяют добиться оптимальных результатов во многих критически важных областях применения. Постоянный прогресс продолжает расширять возможности, качество и экономическую эффективность процессов порошковой металлургии титана.

узнать больше о процессах 3D-печати