Порошок титановой губки

Титановый губчатый порошок является ключевым материалом, используемым в качестве сырья для производства металлических компонентов и изделий из титана. Этот путь порошковой металлургии имеет ряд преимуществ по сравнению с добычей из минеральных руд. В этой статье представлен обзор титановой губки, включая ее состав, основные характеристики, методы обработки, области применения, поставщиков и многое другое.

Обзор порошка титановой губки

Титановая губка - это пористая форма нелегированного титана, которая является сырьем, используемым в порошковой металлургии для производства металлических компонентов из титана. Ее получают путем восстановления тетрахлорида титана (TiCl4), полученного из минеральных руд, с помощью магния или натрия.

Частицы губки обладают высокой площадью поверхности и реакционной способностью, что позволяет легко превращать их в порошки, слитки, прокат и детали с помощью таких процессов, как вакуумно-дуговой переплав (VAR), горячее изостатическое прессование (HIP), аддитивное производство, литье металлов под давлением и порошковая ковка.

Ниже приводится краткая информация о свойствах титанового губчатого порошка, областях применения, мировом производстве, ценах и многом другом.

Титановый губчатый порошок - ключевые детали

Параметр	Подробности
Состав	Нелегированный титан (титан >99%)
Форма частиц	Пористые частицы губки неправильной формы
Размер частиц	Обычно размер <15 мм
Чистота	>=98%, может достигать 99,9%
Плотность	2,2 - 2,7 г/куб. см
Температура плавления	1668°С
Основные свойства	Низкая плотность, высокая прочность, отличная коррозионная стойкость даже при высоких температурах
Основные приложения	Сырье для производства металлических титановых порошков, продуктов обогащения, аддитивного производства
Годовое мировое производство	~300,000 тонн, из которых 75,000 тонн в США и 100,000 тонн в Китае
Стоимость	~$8-15 за кг для губки марки CP-Ti

Титановая губка позволяет экономически выгодно производить титановые компоненты с использованием технологий порошковой металлургии, близких к сеточной форме, по сравнению с традиционной металлургией слитков, включающей несколько этапов плавки-варки с большим количеством отходов материала.

Далее мы более подробно рассмотрим состав и характеристики порошка титановой губки.

Состав Порошок титановой губки

Порошок титановой губки состоит из пористых агрегатов металлического титана, содержащих небольшое количество примесей, таких как хлориды, магний, железо, кремний, азот, углерод и кислород. Губка высокой чистоты с низким содержанием O и N необходима для критически важных аэрокосмических применений.

Состав титановой губки

Элемент	Вес %
Титан (Ti)	98 – 99.9%
Кислород (O)	0.08 – 0.45%
Азот (N)	0.02 – 0.15%
Углерод (C)	0.04 – 0.16%
Железо (Fe)	0.15 – 0.5%
Хлорид (Cl)	0.10 – 0.30%

Стандарт ASTM International ASTM B837 устанавливает следующие требования к нелегированной титановой губке коммерческой чистоты в зависимости от сорта губки:

Спецификация ASTM на сорта титановой губки

Класс	Содержание титана	Содержание кислорода	Содержание железа	Содержание азота
CP Ti Grade 1	99,2% мин	0,40% макс.	0,20% макс.	0,03% макс.
CP Ti Grade 2	98.9-99.5%	0,25% макс.	0,30% макс.	0,05% макс.
CP Ti Grade 3	98.3-99.2%	0,35% макс.	0,30% макс.	0,05% макс.
CP Ti Grade 4	97.75-99.2%	0,40% макс.	0,50% макс.	0,05% макс.

Губчатый порошок более высокой чистоты с контролируемым низким содержанием O и N требуется для критических применений, таких как компоненты авиационных двигателей. В этом случае используются марки с титаном 99,5%+, такие как Ti-6Al-4V Grade 5 или Grade 23.

Далее мы рассмотрим ключевые свойства титановой губки, которые делают ее отличным инженерным материалом в различных отраслях промышленности.

Свойства титанового губчатого порошка

Титан ценится за уникальное сочетание низкой плотности и высокой прочности даже при повышенных температурах свыше 500°C. Он также обеспечивает превосходную коррозионную стойкость в суровых условиях.

Ключевыми свойствами титанового губчатого порошка являются:

Свойства металлической титановой губки

Недвижимость	Подробности
Плотность	4,5 г/см3, почти в два раза меньше, чем у стали и никелевых сплавов
Прочность на разрыв	340-450 МПа для марок CP, выше для сплавов Ti
Предел текучести (прочность на разрыв)	170-380 МПа для губок марки CP
Температура плавления	1668 ± 10°C
Модуль Юнга	100-115 ГПа, ниже, чем у стали
Коэффициент Пуассона	0.32-0.34
Коэффициент теплового расширения	8,5 x 10-6 /K (20-100°C)
Теплопроводность	6,7-21 Вт/м.К при 20°C
Электрическое сопротивление	420-470 нΩ.м при 20°C
Магнетизм	Немагнитный
Коррозионная стойкость	Отличное качество благодаря защитному оксидному слою
Биосовместимость	Высоко биоинертный материал

Сочетание малого веса, высокой прочности при низких и высоких температурах, коррозионной и жаростойкости делает титан незаменимым в аэрокосмической, химической, энергетической, автомобильной, морской, биомедицинской и других отраслях промышленности.

Далее мы рассмотрим некоторые из основных областей применения и использования порошка титановой губки в различных отраслях промышленности.

Применение Порошок титановой губки

Основные области промышленного применения титановой губки включают следующие сектора:

Области применения порошка титановой губки

Сектор	Приложения
Аэрокосмическая промышленность	Компоненты реактивных двигателей и планера, лопасти, крепеж, шасси
Производство электроэнергии	Компоненты для паровых и газовых турбин, теплообменники
Химическая обработка	Резервуары, сосуды, теплообменники, трубы, насосы
Морской	Компоненты для кораблей, подводных лодок, морских платформ
Автомобильная промышленность	Шатуны, клапаны, пружины, крепеж, выхлопные трубы
Биомедицина	Имплантаты, протезы, хирургические инструменты, устройства
Нефть	Бурильные колонны, компоненты устьевых систем
Спортивные товары	Клюшки для гольфа, теннисные ракетки, велосипеды
Военные	Самолеты, суда, бронетехника
Опреснение	Теплообменники, сосуды под давлением, трубы

Использование титана продолжает расти с темпами 8-10% CAGR в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, химическая обработка, производство электроэнергии и опреснение морской воды. По прогнозам, спрос на рынке увеличится с 300 000 тонн в настоящее время до примерно 575 000 тонн к 2030 году.

Давайте рассмотрим различные формы продукции, получаемой из порошка титановой губки.

Виды и формы титанового порошка

Металлический порошок титана и изделия из него производятся из губчатого сырья с использованием таких процессов, как вакуумно-дуговой переплав (VAR), горячее изостатическое прессование (HIP), аддитивное производство (AM), литье металлов под давлением (MIM) и другие.

Титановые порошки, полученные из губки

Форма	Подробности
Гидрид-дегидрид (HDH) порошок	Порошок неправильной формы размером <150 мкм
Сферический порошок, распыляемый газом	Сферический размер 15-150 мкм, используемый в AM
Легированные порошки предварительного легирования	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo и др.
Слитки, заготовки VAR	Переплавленные слитки и деформированные изделия
Продукция порошковой металлургии HIP	Нестандартные детали почти чистой формы
Сырье для литья металлов под давлением	Порошки для MIM-процесса
Шатуны с порошковой ковкой	Автомобильное и морское применение
Сырье для аддитивного производства	Лазерный порошковый слой, прямое лазерное осаждение

Из этих изделий в дальнейшем изготавливаются готовые компоненты и конечные продукты в различных отраслях промышленности.

Далее мы рассмотрим процесс производства и цепочку поставок порошка из металлической титановой губки.

Процесс производства титановой губки

Титановый порошок производится путем восстановления тетрахлорида титана (TiCl4) с помощью натрия или магния под строгим контролем технологического процесса. Сам TiCl4 производится

Ссылки, предоставленные Клодом, не всегда могут быть действительными или актуальными. Мы ценим ваше терпение, поскольку работаем над повышением точности ссылок.

Основными этапами производства титановой губки являются:

Процесс производства титановой губки

1. Извлечение диоксида титана (TiO2) из минеральных руд
2. Превращение TiO2 в тетрахлорид титана (TiCl4) с помощью хлоридного процесса
3. Восстановление TiCl4 магнием/натрием в вакууме при 800-850°C
4. Выделите соли и сконденсируйте чистый титан.
5. Обработка пористой титановой губки путем дробления, очистки и просеивания

Сайт порошок титановой губки является высокореактивным и пирофорным веществом. Поэтому его обрабатывают и хранят в инертной атмосфере, например, в аргоне, чтобы предотвратить воспламенение и взрывоопасность.

Пористые губчатые частицы неправильной формы имеют очень высокое отношение площади поверхности к объему, что позволяет эффективно дегазировать, уплотнять и легировать их на последующих этапах консолидации расплава и порошка.

Около 75% титановой губки используется для производства титановой продукции. Остальные 25% используются для производства титановых порошков для аддитивного производства и порошковой металлургии.

Мировое производство и ведущие поставщики

В настоящее время мировое производство титановой губки составляет около 300 000 метрических тонн в год. География производства сконцентрирована: на США и Китай приходится почти 60% мирового производства.

Среди основных мировых производителей титановой губки можно назвать следующие:

Основные производители титановой губки

Компания	Расположение	Емкость
ВСМПО-Ависма	Россия	52 000 тонн
Западный титан	США	30 000 тонн
Toho Titanium	Япония	20 000 тонн
СП УКТМП	Казахстан	30 000 тонн
Северо-Западный институт НТМ	Китай	20 000 тонн
ZTMC	Китай	15 000 тонн

США предложили ввести ограничения на экспорт титана в Россию и Китай из-за стратегических опасений в аэрокосмическом секторе. Это может привести к реструктуризации цепочек поставок и стимулировать расширение производства в других регионах.

В целом, ожидается увеличение установленных мощностей по всему миру, что открывает возможности для роста производителей и торговцев титановой губкой, обслуживающих различные отрасли промышленности.

Анализ затрат и тенденции ценообразования

Титановый губчатый порошок Цены варьируются в диапазоне $8-16 за кг в зависимости от поставляемого количества, сорта/качества, географии, графиков поставок, долгосрочных контрактов и других коммерческих факторов.

Диапазон цен на титановую губку

Класс	Цена за кг
CP Класс 1	$8 – 12
CP Класс 2	$10 – 14
CP 3 класс	$12 – 15
CP 4 класс	$10 – 16
Ti 6Al-4V Grade 5, Grade 23	$14 – 20

Цены резко выросли в 2022 году благодаря активному восстановлению спроса в аэрокосмической и других отраслях после пандемии, а также росту цен на энергоносители, сырье и логистику.

Однако с середины 2023 года ожидается некоторое смягчение ситуации, поскольку мировые мощности по производству губки будут расти. Общий прогноз развития отрасли остается положительным: спрос на титановую губку будет стабильно расти на 6-8% CAGR в течение следующего десятилетия.

Вопросы и ответы

Q. Что такое титановая губка?

Титановая губка - это пористая форма металла титана высокой чистоты в виде порошка, который используется в качестве сырья для производства титановых изделий, порошков и деталей в различных отраслях промышленности.

Q. Как производится титановый губчатый порошок?

Он производится в промышленных масштабах путем восстановления тетрахлорида титана (TiCl4), полученного из минеральных руд, с помощью магния или натрия в строго контролируемых условиях.

Q. Каковы области применения титановой губки?

Основные области применения - аэрокосмические двигатели и рамы, электростанции, химические заводы, морское оборудование, биомедицинские имплантаты и устройства. Он используется в отраслях, где требуются высокопрочные, маловесные и коррозионностойкие металлические компоненты.

Q. В чем преимущества титана перед сталью?

По сравнению со сталью, титан обладает более высоким соотношением прочности и веса, превосходными высокотемпературными свойствами, немагнитными характеристиками и гораздо лучшей коррозионной стойкостью, что выгодно отличает его от других материалов.

Q. Кто является ведущими производителями титановой губки?

Среди основных мировых производителей - ВСМПО-Ависма, Western Titanium, Toho Titanium, UKTMP JV, Северо-Западный институт НТМ, ZTMC с мощностями от 15 000 до 50 000 тонн в год в настоящее время.

Q. Каков диапазон цен на титановую губку за кг?

Цены варьируются в пределах $8-16 за кг в зависимости от сорта, размера заказа, географии, графика поставок и других коммерческих факторов. Многолетние контракты также влияют на эффективную цену реализации для покупателей и продавцов.

узнать больше о процессах 3D-печати

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1) How does Titanium Sponge Powder differ from spherical titanium powder for AM?

• Sponge powder is porous/irregular and typically used as upstream feedstock (for VAR/HIP/HDH). Spherical AM powder is produced via gas atomization or PREP to achieve tight PSD (e.g., 15–45 µm) and high flowability for LPBF/EBM.

2) What impurity limits matter most for Titanium Sponge Powder?

• Interstitials (O, N, H) dominate properties. For CP sponge: O and N must meet ASTM B837 grade limits (e.g., O ≤0.25–0.40 wt% by grade). For AM feedstock derived from sponge, O is typically ≤0.15 wt% (≤0.13 wt% for ELI) and H ≤0.012 wt%.

3) Can Titanium Sponge Powder be used directly for additive manufacturing?

• Generally no. Sponge is usually converted to HDH or melted/atomized into spherical powder with controlled PSD and low satellites. Direct use risks poor flow, high oxidation, and defects.

4) What storage/handling practices reduce safety risk and oxidation?

• Store under inert gas, sealed containers with desiccants; keep away from ignition sources; ground equipment; maintain housekeeping to control dust; follow NFPA 484 and ATEX guidance; monitor O2 and humidity.

5) How do I qualify a new sponge lot for downstream powder production?

• Verify chemistry (ICP/OES), O/N/H (IGF), residual chlorides/Mg, inclusion cleanliness (SEM/EDS), and bulk density. Run pilot HDH or melt trials, measure PSD, flow (Hall/Carney), apparent/tap density, and correlate to downstream process yield and mechanicals.

2025 Industry Trends

• Upstream cleanliness: Producers add inline dechlorination and vacuum dehydrogenation steps, lowering residual Cl/H and improving yield in downstream atomization.
• Near-net consolidation: Increased use of HIP canning of HDH powder derived from sponge for structural billets with lower buy-to-fly.
• Traceability-by-design: QR/Genealogy from sponge lot through atomization to AM build is becoming standard in aerospace/medical audits.
• Sustainability: Argon recovery, scrap-to-sponge circularity, and life-cycle data in EPDs gain importance in procurement.
• Regional capacity shift: Investment in non-sanctioned regions diversifies supply and reduces geopolitical risk exposure.

2025 Snapshot: Titanium Sponge Powder KPIs

KPI	Typical Range/Value (2025e)	Notes/Source
Global sponge output	~300–330 kt/y	Company disclosures, industry reports
CP sponge price (Grade 2)	$9–14/kg	Contract/volume dependent
Oxygen (CP sponge)	0.08–0.40 wt% (grade-specific)	ASTM B837 context
Residual Cl (sponge)	0.10–0.30 wt% typical	Lower favored for melt cleanliness
Conversion yield to HDH <150 µm	75–90%	Process/PSD target dependent
AM-grade Ti-6Al-4V O content	≤0.15 wt% (≤0.13 wt% ELI)	Derived powders after atomization
Safety incidents (fine Ti powders)	Trending down with NFPA/ATEX compliance	Industry safety summaries

Authoritative sources:

• ASTM B837 (Commercially Pure Titanium Sponge), ASTM F2924/F3001 (AM Ti-6Al-4V), ISO/ASTM 52907 (AM feedstock): https://www.astm.org, https://www.iso.org
• ASM Handbook Vol. 7 (Powder Metallurgy), Vol. 2 (Nonferrous Alloys): https://www.asminternational.org
• NFPA 484 (Combustible Metals), ATEX/IECEx directives
• NIST and peer-reviewed journals: Additive Manufacturing, Materials & Design, Acta Materialia

Latest Research Cases

Case Study 1: Reducing Residual Chloride in Titanium Sponge for Improved Atomization Yield (2025)

• Background: An AM powder producer reported nozzle fouling and high oxide inclusions traced to elevated Cl in incoming sponge.
• Solution: Implemented enhanced vacuum dechlorination, additional argon purge during crushing, and ICP/ion chromatography release gates.
• Results: Residual Cl reduced from 0.22% to 0.08 wt%; gas atomization yield to 15–45 µm cut improved by 5.1%; inclusion rate (SEM/EDS) −30%; downstream LPBF density ≥99.7% without HIP.

Case Study 2: HDH-Derived Billet via HIP as a Cost-Down Route for Structural Ti (2024/2025)

• Background: An aerospace Tier-2 sought lower material cost vs. wrought while maintaining properties for non-rotating brackets.
• Solution: Produced HDH powder from certified sponge, vacuum degassed, canned, HIPed, and forged lightly; ultrasonic and CT inspection; Ti-6Al-4V aging per spec.
• Results: Yield strength 900–940 MPa, elongation 10–12%; buy-to-fly ratio −28% vs. wrought bar; cost per kg −18%; passed fatigue screening at R=0.1 with margin.

Мнения экспертов

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “Sponge cleanliness—particularly interstitials and halide residues—sets the ceiling for downstream powder quality and AM performance.”
• Dr. John A. Slotwinski, Additive Manufacturing Metrology Expert (former NIST)
• Viewpoint: “Lot genealogy from Titanium Sponge Powder to finished AM part is now a qualification artifact; data-rich CoAs shorten audits and reduce rework.”
• Dr. Sophia Chen, Senior Materials Scientist, Materion
• Viewpoint: “HDH routes derived from clean sponge are unlocking HIP billet solutions that compete with wrought in non-critical aerospace structures.”

Practical Tools/Resources

• Standards: ASTM B837 (Ti sponge), ISO/ASTM 52907 (AM powders), ASTM E1447 (H determination), ASTM E1019 (O/N), ASTM B962 (density)
• Testing/Metrology: ICP/OES for chemistry; IGF for O/N/H; SEM/EDS for inclusions; ion chromatography for residual Cl; Hall/Carney flow; PSD by laser diffraction/sieving; micro‑CT for porosity
• Safety guidance: NFPA 484 combustible metals; ATEX/IECEx zoning and dust hazard analyses; Class D extinguishing protocols
• Process modeling: Thermo-Calc/CALPHAD for alloying from sponge; ANSYS/Fluent for atomization gas flow dynamics
• Market/insight sources: USGS Mineral Commodity Summaries (Titanium), Metal-Powder.net, peer-reviewed AM journals

Implementation tips:

• Specify sponge with tight O/N/H and residual chloride limits; include cleanliness metrics in purchase orders.
• Require CoAs with chemistry, O/N/H, residual Cl, bulk density, and lot genealogy; set acceptance gates before HDH/melting.
• Pilot small-batch conversion (HDH or melt/atomize) to validate yield, PSD, flow, and inclusion levels before scaling.
• Maintain inert handling from sponge crushing through powder packaging; monitor O2 and humidity continuously.

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added 5-question FAQ, 2025 KPI table, two recent case studies (dechlorination for atomization and HDH-HIP billet route), expert viewpoints, and practical tools/resources with implementation tips specific to Titanium Sponge Powder
Next review date & triggers: 2026-04-20 or earlier if ASTM B837/AM standards update, major supply-chain/geopolitical changes affect sponge availability, or new safety guidance for titanium powders is issued