Titanpulver: Produktion, Egenskaper,

Översikt

Titanpulver är ett mångsidigt metalliskt material som värderas för sin unika kombination av hög hållfasthet, låg densitet, korrosionsbeständighet och biokompatibilitet. Som ett pulver underlättar titan avancerade tillverkningstekniker som metallformsprutning (MIM), additiv tillverkning (AM), varmisostatisk pressning (HIP) och pulvermetallurgi (PM) pressning och sintring för att skapa komplexa titankomponenter.

Nyckelapplikationer för titanpulver inkluderar flygkomponenter, medicinska implantat, bildelar, sportutrustning, kemisk bearbetning och konsumentprodukter. Den här guiden ger en omfattande översikt över titanpulver, inklusive produktionsmetoder, legeringssammansättningar, egenskaper, egenskaper, specifikationer, applikationer och globala leverantörer. Det syftar till att hjälpa ingenjörer, produktdesigners och tekniska programansvariga att välja och använda titanpulver.

Produktion av titanpulver

Titanpulver framställs med följande primära metoder:

Produktionsmetoder för titanpulver

Atomisering av gas – Högtrycks inert gas sönderdelar smält titan till sfäriskt pulver
Plasmaatomisering – Titanelektrodbågar skapar ultrafint sfäriskt pulver
Hydrering/Dehydrering – Titanhydridpulver (TiO2) dehydreras till fina pulver
Mekanisk fräsning – Kulfräsning bryter ner titanspån till oregelbundna partiklar
Sfäroidisering av plasma – Oregelbundet pulver smält i plasma för att producera sfäriska former

Gasatomisering och mekanisk fräsning är vanligast, vilket skapar sfäriska respektive kantiga pulverformer. Ytterligare screening, konditionering och blandning skapar applikationsspecifika partikelstorleksfördelningar.

Sammansättningar av titanpulver

Medan kommersiellt ren titanpulver finns tillgängliga innehåller de flesta pulver för industriellt bruk små mängder legeringsämnen:

Vanliga titanpulverkompositioner

Legering	Primära legeringselement	Viktiga egenskaper
CP Titan	99,5%+ Ti	Utmärkt korrosionsbeständighet
Ti-6Al-4V	6% Al, 4% V	Hög hållfasthet, värmebehandlingsbar
Ti-6Al-7Nb	6% Al, 7% Nb	Hög hållfasthet, biokompatibel
Ti-555	5% Al, 5% Mo, 5% V	Värmebehandlingsbar, bearbetbar
Ti-1023	10% V, 2% Fe, 3% Al	Hög hållfasthet, bra duktilitet

Aluminium, vanadin och niob är vanliga tillsatser för att förbättra styrkan och bearbetbarheten. Spår av bor, kol, järn och syre förekommer också.

Legering skräddarsyr mikrostruktur, hårdhet, bearbetbarhet och andra egenskaper samtidigt som den behåller utmärkt korrosionsbeständighet.

Egenskaper hos titanpulver

Viktiga egenskaper hos titanpulver inkluderar:

Titanpulver egenskaper

Karaktäristisk	Typiska värden	Betydelse
Partikelstorlek	10 - 150 mikrometer	Sintringsbeteende, ytfinish
Partikelns form	Sfärisk, kantig, dendritisk	Pulverflöde och packningsdensitet
Skenbar densitet	1,5 – 4,0 g/cc	Tryckande och hanteringsbeteende
Tappdensitet	2,5 – 4,5 g/cc	Indikator för kompressibilitet
Hall flödeshastighet	25 - 35 s/50g	Flödbarhet för pulver
Förlust vid tändning	0,1 – 0,5 wt%	Syre- och fukthalt
Pyroforicitet	Ingen	Brandfarlighet och försiktighetsåtgärder vid hantering

Partikelstorleksfördelning och pulverform påverkar pulverflödet, komprimeringen, sintringsresponsen och densiteten hos pressade och sintrade delar avsevärt. Skenbar densitet indikerar pulverkompressibilitet.

Egenskaper för Titanpulver

Viktiga egenskaper för titanpulver inkluderar:

Titanpulveregenskaper

Fastighet	Ren Ti	Ti-6Al-4V	Ti-6Al-7Nb
Täthet	4,5 g/cc	4,43 g/cc	4,52 g/cc
Draghållfasthet	240 MPa	930 MPa	900 MPa
Utbyteshållfasthet	170 MPa	860 MPa	825 MPa
Töjning	24%	10%	15%
Elastisk modul	102 GPa	114 GPa	105 GPa
Hårdhet	80 HB	334 HB	321 HB
Värmekapacitet	522 J/kg·K	526 J/kg·K	527 J/kg·K
Termisk konduktivitet	7,2 W/m-K	7,2 W/m-K	6,7 W/m-K

Legering med aluminium, vanadin och niob förbättrar styrkan och hårdheten avsevärt. Specifika egenskaper beror mycket på den slutliga mikrostrukturen.

Användningsområden för titanpulver

Nyckelapplikationer för titanpulver inkluderar:

Titanpulverapplikationer

Industri	Användningsområden	Viktiga skäl
Flyg- och rymdindustrin	Strukturella komponenter, turbinblad, fästelement	Högt förhållande mellan styrka och vikt
Medicinsk	Ortopediska implantat, tandimplantat, kirurgiska verktyg	Biokompatibilitet, korrosionsbeständighet
Fordon	Kopplingsstavar, ventiler, fjädrar, fästelement	Lätt vikt, prestanda
Kemisk	Tankar, rör, ventiler, pumpar	Korrosionsbeständighet
Sportartiklar	Golfklubbor, cyklar, hjälmar	Styrka, skräddarsydda mekaniska egenskaper
Petrokemisk industri	Borrhålsverktyg, brunnshuvuddelar	Styrka, korrosionsbeständighet

Titans unika egenskaper gör det attraktivt för att minska vikten i flyg- och rymdkomponenter samtidigt som den bibehåller mekanisk integritet i extrema miljöer.

Utmärkt biokompatibilitet och korrosionsbeständighet driver användningen i ortopediska och dentala implantat. Möjligheten att skräddarsy titans egenskaper underlättar sportartiklar med specialiserade prestandaegenskaper.

Specifikationer för titanpulver

Titanpulverkompositioner och kvalitet definieras av olika standardspecifikationer:

Titanpulverstandarder

Standard	Omfattning	Partikelstorlek	Renhet	Kemi
ASTM B348	Grad 1-4 olegerat Ti-pulver	-635 mesh	99.5%, 99.9%, 99.95% Ti	O, C, N, H gränser
ASTM B801	Ti-6Al-4V legeringspulver	-635 mesh	Ti, Al, V sammansättningsintervall	Gränser för mellansidesannonser
ISO 23301	Additiv tillverkning Ti-pulver	10-45 mikrometer	99,5%+ Ti	O, N, C, H, Fe-gränser
AMS 4992	Aerospace grade Ti-6Al-4V pulver	-150 mesh	Ti, Al, V sammansättningsintervall	Gränser för mellansidesannonser

Dessa definierar acceptabla nivåer av legeringstillsatser, föroreningar som syre/kväve/kol, partikelstorleksfördelningar och andra testmetoder som är relevanta för olika tillämpningar.

Globala leverantörer av Titanpulver

Många stora företag producerar titanpulver tillsammans med mindre regionala tillverkare:

Tillverkare av titanpulver

Leverantör	Produktionsmetoder	Material	Kapacitet
ATI Metals	Atomisering av gas	Ti-6Al-4V, Ti-1023, ren Ti	Brett legeringssortiment, stora volymer
Praxair	Atomisering av gas	Ti-6Al-4V, CP Ti	Små partier, snabb leverans
Snickare Tillsats	Gasatomisering, hydrid-dehydrid	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, ren Ti	Anpassade legeringar, små partier
AP&C	Plasmaatomisering	CP Ti, Ti-legeringar	Ultrafint 10-45 mikron pulver
Tekna	Sfäroidisering av plasma	Ti-6Al-4V, CP Ti	Konvertera chips till sfäriskt pulver
Baoji Hanz Titanium	Hydrering	CP Ti, Ti-6Al-4V	Låg kostnad kinesisk producent

Många levererar både standard- och speciallegeringskompositioner. Vissa tillhandahåller avgiftsbearbetning av skrot och chips till pulver.

Att välja titanpulver

Viktiga överväganden för att välja titanpulver inkluderar:

Legeringens sammansättning – Balanserar önskade egenskaper som styrka, duktilitet, hårdhet
Renhetsgrad – Påverkar mekaniska egenskaper och mikrostruktur
Partikelstorlek och -form – Påverkar pulverflöde, densitet, ytfinish
Synbar och tappdensitet – Indikerar kompressibilitet och sintringsrespons
Kemisk kompatibilitet – För serviceförhållanden som syror eller saltvatten
Förfaranden för provtagning – Representativ provning av pulverpartier
Kvalitetscertifieringar – ISO 9001, AS9100, etc.
Teknisk expertis från pulverproducent

Provbyggen och prototyper hjälper till att kvalificera nya legeringar och pulver för en given applikation. Arbeta nära med välrenommerade leverantörer för att erhålla välkarakteriserat titanpulver för optimala resultat.

VANLIGA FRÅGOR

Vad är fördelen med plasmaatomiserat titanpulver?

Plasmaatomisering producerar mycket sfäriska, strömmande partiklar, vanligtvis 10-45 mikron i storlek. Detta möjliggör utmärkt sintrad densitet och ytfinish.

Vad får titanpulver att vara pyrofor?

Pyrofora titanpulver antänds spontant i luft. Detta orsakas av extremt små partikelstorlekar under 10 mikron som kraftigt ökar ytarean och reaktiviteten. Använd inertgashantering för pyrofora pulver.

Hur påverkar partikelformen titanpulveregenskaper?

Sfäriskt pulver flyter bra och ger högre och mer enhetlig densitet och mekaniska egenskaper. Oregelbundet pulver ger bättre grönstyrka och kompressibilitet men mindre förutsägbar krympning.

Vilken efterbehandling kan förbättra återanvändningen av titanpulver?

Screening, fräsning och termiska behandlingar tillåter återanvändning av pulver som inte är specifika för specifikationerna. Plasmasfäroidisering omvandlar chips och grövre partiklar till sfäriskt pulverråvara.

Vilka standarder gäller för additiv tillverkning av titandelar?

ASTM F3001-14 täcker karakterisering och kvalitetskontroll av Ti-legeringspulver för AM. ASTM F2924-14 ger standardtestmetoder för att utvärdera mekaniska egenskaper hos AM-titan.

Kan du 3D-printa en titan- och stålkompositstruktur?

Ja, vissa metall-3D-utskriftsprocesser övergår mellan titan och rostfria stållegeringar inom en del genom exakt materialbyte för att bygga bimetallkomponenter.

Slutsats

Titanpulver ger ingenjörer stor flexibilitet att bygga högpresterande komponenter tack vare metallens unika egenskaper. Noggrant urval av pulveregenskaper och nära samarbete med erfarna leverantörer möjliggör optimala resultat över många kritiska applikationer. Pågående framsteg fortsätter att utöka kapaciteten, kvaliteten och kostnadseffektiviteten hos titanpulvermetallurgiska processer.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser