Küresel Titanyum Tozu

Genel Bakış

Küresel titanyum tozu küresel bir morfolojiye sahip olacak şekilde işlenmiş bir titanyum metal tozu formudur. Yüksek küreselliği, pürüzsüz yüzeyi, kontrollü partikül boyutu dağılımı ve iyi akışkanlığı ile karakterize edilir.

Küresel titanyum tozunun bazı temel özellikleri ve ayrıntıları şunlardır:

Türleri

• Saf titanyum tozu
• Titanyum alaşım tozları (Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, vb.)

Üretim Yöntemleri

• Gaz atomizasyonu
• Plazma döner elektrot işlemi (PREP)
• Elektrot indüksiyonlu eritme gazı atomizasyonu (EIGA)

Partikül Boyut Aralığı

• 15-45 mikron
• 45-100 mikron
• 106-250 mikron

Tipik Kullanımlar

• 3D baskı tozu
• Metal enjeksiyon kalıplama
• Termal püskürtme
• Titanyum parça üretimi

Temel Özellikler

• Yüksek küresellik (>90%)
• Kontrollü partikül boyutu dağılımı
• İyi akışkanlık
• Yüksek saflık
• Düzensiz tozlara kıyasla daha düşük yüzey alanı

Türleri Küresel Titanyum Tozu

Bileşime bağlı olarak iki ana küresel titanyum tozu kategorisi vardır:

Tablo 1: Küresel titanyum tozu türleri

Tip	Açıklama
Saf Titanyum	99.5% düşük oksijen ve demir seviyelerine sahip titanyum
Titanyum Alaşımları	Alüminyum + vanadyum, niyobyum vb. ile birleştirilmiş titanyum.

Saf Titanyum Tozu

Saf küresel titanyum tozu, oksijen ve demir seviyelerinde maksimum sınırlarla en az 99.5% titanyum içerir. Titanyum alaşımlarına kıyasla en yüksek titanyum içeriğine sahiptir.

Tipik bileşim:

• Titanyum: 99,5% minimum
• Oksijen: Maksimum 2000 ppm
• Demir: Maksimum 3000 ppm

Saf titanyum metaline yakın özellikler sunar - yüksek mukavemet, düşük yoğunluk, korozyon direnci. Yüksek kimyasal saflığa ihtiyaç duyulduğunda kullanılır.

Titanyum Alaşımlı Tozlar

En yaygın titanyum alaşım tozları, alüminyum ve vanadyum veya niyobyum ilaveleri içeren Ti-6Al-4V ve Ti-6Al-7Nb'dir. Diğer alaşımlar da molibden, zirkonyum ve kalay gibi elementlerle üretilir.

Alaşımların faydaları:

• Artan güç
• Daha yüksek sıcaklık kapasitesi
• Geliştirilmiş korozyon direnci

Alaşım tozları, uygulama aralığını saf titanyum tozlarının ötesine genişletir.

Küresel Toz Üretim Yöntemleri

Kontrollü parçacık boyutlarına sahip küresel titanyum tozu yapmak için ticari olarak çeşitli gaz atomizasyon teknikleri kullanılmaktadır:

Tablo 2: Küresel titanyum tozu için üretim süreçleri

Yöntem	Prensip	Parçacık Boyutu*
Gaz Atomizasyonu	Gaz jetleri ile erimiş akışın parçalanması	15-106 μm
Plazma Dönen Elektrot (PREP)	Erimiş metalin santrifüjle parçalanması	15-45 μm
Elektrot İndüksiyonlu Gaz Atomizasyonu (EIGA)	İndüksiyonla eritme + gaz atomizasyonu	15-250 μm

Üretilen tipik boyut aralıkları

Gaz atomizasyonu, erimiş bir titanyum metal akışını toz halinde katılaşan ince damlacıklara ayırmak için argon veya nitrojen gibi yüksek hızlı inert gaz jetleri kullanır. Bu, yüzey gerilimi etkilerinin bir sonucu olarak pürüzsüz yüzeylere sahip küresel parçacıklar üretir.

PREP ve EIGA, daha fazla kontrol, daha dar boyut dağılımları ve şekil optimizasyonu sunan varyantlardır.

Teknik Özellikler

Küresel titanyum tozu partikül çapına göre sınıflandırılmış çeşitli boyut kesimlerinde mevcuttur. Yaygın ağ tabanlı boyut aralıkları şunları içerir:

Tablo 3: Partikül boyutu özellikleri

Boyut Sınıflandırması	Mesh Aralığı	Parçacık Çapı
Küçük	-325 ağ	<45 μm
Orta	140-325 ağ	45-100 μm
Büyük	+100 ağ	>106 μm'den fazla

Tozları belirtmek için kullanılan diğer parametreler:

• Küresellik: >90% parçacıkların ne kadar küresel olduğunu gösterir
• Musluk yoğunluğu: 2,2-3,5 g/cm3 paketleme yoğunluğunu gösterir
• Hausner oranı: <1,25 akışkanlığı gösterir
• Görünür yoğunluk: bileşime dayalı aralık
• Akış hızı: bir huniden geçen kütle akışının ölçümü

Tozları belirtmek için kullanılan standartlar arasında ASTM B819, ASTM F3049, EN 10204/3.1 bulunmaktadır.

Uygulamaları Küresel Titanyum Tozu

Kontrollü partikül boyutu dağılımı ve küresel morfoloji, titanyum tozunun kullanım alanlarını genişleten bazı avantajlar sağlar:

Tablo 4: Küresel titanyum tozunun tipik uygulamaları

Alan	Avantajlar
3D Baskı	Katmanlı üretim için mükemmel akışkanlık, paketleme yoğunluğu
Metal Enjeksiyon Kalıplama	Karmaşık ağ şekilli parça imalatına olanak sağlar
Termal Püskürtme	Kaplama yoğunluğunu ve biriktirme verimliliğini artırır
Toz Metalurjisi	Bağlantı elemanları, dişliler gibi titanyum parçaların üretimini kolaylaştırır
Biyomedikal	İmplantlar için yüzey kaplamalarının özelliklerini geliştirir
Havacılık ve Uzay	Sıcak izostatik presleme yoluyla jet motoru parçalarını onarmak için kullanılır

Küresel tozun ana avantajı, otomatik malzeme işlemeyi düzensiz tozdan daha iyi kolaylaştırmasıdır. Bu, titanyum bileşenlerin net şekle yakın üretilmesine olanak tanır.

Tedarikçiler ve Fiyatlandırma

Küresel titanyum metal tozu çeşitli önde gelen üreticiler tarafından satılmaktadır:

Tablo 5: Başlıca küresel titanyum tozu tedarikçileri

Şirket	Üretim Yöntemleri
AP&C	Gaz atomizasyonu
Marangoz Teknolojisi	Elektrot indüksiyon eritme
Sandvik	Plazma atomizasyonu
TLS Technik	Gaz atomizasyonu
Tekna	Plazma indüksiyonu

Fiyat tahmini:

• Saf titanyum: kg başına $50-100
• Titanyum alaşımları: $70-150 kg başına

Fiyatlandırma, sipariş edilen miktara, toz sınıfına, partikül boyutu aralığına ve ayrıca piyasa talebi ve arz ekonomisine göre değişir.

Küresel Titanyum Tozunun Artıları ve Eksileri

Tablo 6: Avantaj ve dezavantajların karşılaştırılması

Avantajlar	Dezavantajlar
Otomasyon için mükemmel akışkanlık	Diğer formlara göre daha yüksek maliyet
Yüksek paketleme yoğunluğu	Sınırlı çok büyük boy kullanılabilirliği
Kontrollü partikül boyutu dağılımı	Kontrollü inert atmosfer gerektirir
Ağ şekline yakın üretim kabiliyeti	Yüksek sıcaklıklarda reaktif
Diğer tozlarla iyi karışım	Toz patlaması tehlikesi yönetilmelidir
Yığına daha yakın malzeme özellikleri elde eder

Bir yandan küresel titanyum tozu daha fazla proses esnekliği sağlar, aynı zamanda tutuşma veya patlamaya karşı taşıma önlemleri gerektirir. Maliyet, sünger ince taneleri gibi diğer formlardan daha yüksektir.

SSS

Küresel titanyum tozunun tipik saflık seviyesi nedir?

Saf titanyum tozları için saflık seviyesi ASTM standartlarına göre 99.5% minimum titanyum içeriğidir. Ti-6Al-4V gibi alaşımlar için titanyum seviyesi, diğer elementler için belirli aralıklarla 90%'nin üzerindedir.

Katmanlı üretim için en uygun boyut aralığı hangisidir?

Çoğu titanyum toz yatağı füzyon prosesi için ideal partikül boyutu aralığı 45-100 mikrondur. Daha küçük boyutlar zayıf akışa sahipken, daha büyük boyutlar çözünürlüğü etkiler. ASTM F3049 gibi standartlar spesifikasyonlar sağlar.

Küresel şekil basılı parçaların özelliklerini etkiler mi?

Evet, küresel partiküller daha iyi mekanik özelliklere yol açan daha iyi partiküller arası bağlanma ile daha yüksek yoğunluklu baskılara neden olur. Parçalar yığın titanyuma daha yakın özellikler elde edebilir.

Küresel titanyum tozu için tipik üretim kapasitesi nedir?

Önde gelen küresel titanyum tozu üreticileri şu anda yılda birkaç yüz ton ile 2000 ton arasında değişen kapasitelere sahiptir. Metal AM'deki büyümeyi karşılamak için kapasitelerin önemli ölçüde artması bekleniyor.

Küresel titanyum tozunun fiyatı nasıl belirlenir?

Fiyatlandırma toz bileşimine, partikül boyutu aralığına, üretim yöntemine, sipariş hacmine ve piyasa koşullarına bağlıdır. Daha küçük boyutlar (<45 μm), daha fazla işleme zorluğu ve talep nedeniyle tipik olarak daha büyük boyutlardan 20-30% daha yüksek fiyatlıdır.

Sonuç

Küresel titanyum tozu, otomatik toz işlemede akışkanlık, paketleme yoğunluğu ve tekrarlanabilirlik açısından diğer titanyum tozu formlarına göre belirgin avantajlara sahiptir. Bu, üstün özelliklere sahip net şekle yakın bileşenlerin üretilmesini sağlar.

Çeşitli gaz atomizasyon teknikleri, toz yatağı füzyon teknolojisine dayanan metal 3D baskı gibi üretim yöntemleri için titanyum alaşımlarının ve parçacık boyutu dağılımlarının özel olarak üretilmesine olanak tanır.

Yüksek fiyatlara rağmen, küresel morfolojinin faydaları, titanyum metalinin uygulamalarını geleneksel işlemenin ötesine genişletmek için endüstriler arasında artan bir şekilde benimsenmesini sağlıyor. Özellikleri daha da geliştirmek için boyut dağılımlarını ve alaşım bileşimlerini iyileştiren gelişmeler devam etmektedir.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

1) What PSD and morphology are optimal for Spherical Titanium Powder in LPBF?

• Use highly spherical 15–45 µm for fine-feature LPBF and 25–53 µm for general-purpose builds. Target low satellite fraction and Hausner ratio ≤1.25 to ensure spreadability and stable melt pools.

2) How do oxygen and nitrogen levels affect mechanical properties?

• Interstitials raise strength/hardness but reduce ductility and fatigue. For Ti-6Al-4V, keep O ≤0.15 wt% (AM-grade often ≤0.12%) and N ≤0.03 wt% to balance tensile strength with elongation and LCF/HCF performance.

3) PREP vs. EIGA vs. gas atomization—how should I choose?

• PREP: highest sphericity/cleanliness, narrow PSD, premium cost; ideal for critical aerospace/medical. EIGA: excellent cleanliness (no crucible contact), broad PSD. Gas atomization: scalable and cost-effective; cleanliness depends on process controls and gas purity.

4) Can Spherical Titanium Powder be reused without degrading part quality?

• Yes, with controls: sieve between builds; monitor O/N/H and moisture/LOD, PSD drift, and flow/tap density. Set reuse limits by application risk (e.g., 3–10 cycles) and blend with virgin powder to maintain interstitial specs.

5) What safety practices are essential when handling Spherical Titanium Powder?

• Follow NFPA 484: inert gas handling where possible, explosion-rated dust collection, grounding/bonding to prevent static, Class D extinguishers, and minimize open-air transfers. Maintain housekeeping to avoid dust accumulation.

2025 Industry Trends

• Medical-grade traceability: Wider adoption of EN 10204/3.1 certificates, full lot genealogy, and validated cleaning/packaging for implant-grade Ti-6Al-4V ELI powders.
• Ultra-clean atomization: Growth of EIGA/PREP capacities with closed-loop argon systems and inline O2/N2 analyzers to cut interstitial pickup and gas consumption.
• Fine cuts for binder jetting: Increased supply of 5–25 µm Ti and Ti-6Al-4V with deagglomeration steps and anti-caking packaging.
• Powder circularity: Buy-back and reconditioning programs with certified O/N/H restoration and PSD rebalancing to lower total cost of ownership.
• Data-rich CoAs: Routine inclusion of SEM morphology sets, raw PSD files, O/N/H trends, and exposure time logs to accelerate PPAP/FAI.

2025 Snapshot: Spherical Titanium Powder KPIs

Metric (2025e)	Typical Value/Range	Notes/Source
AM-grade PSD (LPBF)	D10 15–20 µm; D50 25–35 µm; D90 40–50 µm	ISO/ASTM 52907 context
Oxygen (Ti-6Al-4V AM-grade)	≤0.08–0.12 wt%	Supplier CoAs
Nitrogen (AM-grade)	≤0.02–0.03 wt%	Supplier CoAs
Küresellik	≥90–95%	SEM görüntü analizi
Görünür yoğunluk	2.3–2.9 g/cm³ (alloy/PSD dependent)	Hall/Carney methods
Typical LPBF density (as-built)	≥99.5% relative with tuned parameters	CT verification
Market price band	~$70–$200+/kg (grade/process/cut)	Industry quotes
Teslim süresi	3–8 weeks stocked; 8–12 weeks MTO	Market averages

Authoritative sources:

• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), ASTM F3049 (powder characterization): https://www.astm.org, https://www.iso.org
• ASTM F2924 (Ti-6Al-4V AM), ASTM F3001 (ELI for AM)
• ASM Handbook, Vol. 7: Powder Metallurgy: https://www.asminternational.org
• NFPA 484 Combustible Metals: https://www.nfpa.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Elevated-Fatigue Ti-6Al-4V via PREP Powder and Optimized Reuse (2025)

• Background: An aerospace Tier-1 required tighter fatigue scatter on LPBF brackets while reducing powder waste.
• Solution: Switched to PREP Spherical Titanium Powder (D50 ~32 µm, O 0.09 wt%); instituted reuse SOP with sieve control, O/N/H monitoring, and 20% virgin top-up per cycle; applied in-situ melt pool monitoring and HIP + aging.
• Results: Relative density 99.8%; HCF life at R=0.1 improved 18% with 40% reduction in scatter; powder cost −16% per part through controlled reuse without breaching interstitial specs.

Case Study 2: Binder-Jetted Pure Titanium Heat Exchangers (2024/2025)

• Background: A clean-energy startup needed compact, corrosion-resistant heat exchangers with complex lattices.
• Solution: Adopted 8–25 µm Spherical Titanium Powder (commercially pure, O ≤0.08 wt%); solvent debind + high-purity Ar sinter; diffusion-bonded face sheets; helium leak testing and passivation.
• Results: Leak rate ≤1×10⁻⁹ mbar·L/s; pressure drop −23% vs. machined design; unit cost −28% at 2k units/year; corrosion performance matched CP-Ti benchmarks in chloride tests.

Uzman Görüşleri

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “For titanium AM, controlling interstitials and PSD tails is as crucial as scan parameters—both dictate density, fatigue, and repeatability.”
• Dr. Christina Bertulli, Director of Materials Engineering, EOS
• Viewpoint: “Integrating HIP and well-defined powder reuse limits enables aerospace-grade properties without prohibitive powder costs, especially for Ti-6Al-4V.”
• Dr. Beatriz Martinez, Director of AM Powders, Sandvik Osprey
• Viewpoint: “EIGA and PREP deliver superior cleanliness by avoiding crucible contact; coupled with argon recirculation, they cut gas use while tightening O/N control.”

Practical Tools/Resources

• Standards and guides: ISO/ASTM 52907; ASTM F3049; ASTM F2924 (Ti-6Al-4V AM); ASTM F3001 (ELI); EN 10204/3.1 certification
• Metrology: Inert gas fusion (O/N/H), laser diffraction (PSD), SEM morphology, Hall/Carney flow, helium pycnometry, micro-CT for porosity
• AM process control: In-situ layer/melt pool monitoring, powder exposure logging, reuse SOPs, HIP and heat-treatment recipes for Ti alloys
• Safety/EHS: NFPA 484; OSHA combustible dust guidance; ATEX/IECEx zoning
• Design/simulation: Ansys/Simufact Additive for distortion/residual stress; JMatPro or Thermo-Calc/TC-Prisma for phase and precipitation in Ti alloys

Implementation tips:

• Specify CoA with full chemistry (including O/N/H), PSD (D10/D50/D90), sphericity/SEM images, flow/tap/apparent density, moisture/LOD, and lot genealogy.
• Match PSD to process: 15–45 µm for fine-feature LPBF; 25–53 µm general LPBF; 45–106 µm for DED; 5–25 µm for binder jetting.
• Establish reuse limits per application; track O/N/H and PSD drift; blend with virgin and maintain SPC on density and mechanicals.
• Use HIP for fatigue/leak-critical parts; verify via CT, microhardness mapping, and relevant fatigue/corrosion tests before production release.

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added 5-question FAQ, 2025 KPI table for Spherical Titanium Powder, two case studies (LPBF aerospace brackets and binder-jetted heat exchangers), expert viewpoints, and practical tools/resources with implementation tips
Next review date & triggers: 2026-04-20 or earlier if ISO/ASTM standards update, major supplier CoA practices change, or new data on Ti powder reuse and interstitial control is published