Titanyum Metal Tozu

titanyum metal tozu metalurjisi, yüksek özgül mukavemet, korozyon direnci ve biyouyumluluğu bir araya getiren gelişmiş hafif yapısal parçaların üretilmesini sağlar. Bu kılavuz titanyum tozu üretim yöntemlerini, özelliklerini, alaşım stratejilerini, uygulamalarını, teknik özelliklerini, fiyatlandırmasını ve alternatif metallerle karşılaştırmalarını kapsamaktadır. Ayrıca, optimize edilmiş özellikler için titanyum tozunun işlenmesine ilişkin araştırma yönergelerini ve uzman tavsiyelerini de içerir.

Genel Bakış

Temel özellikler titanyum metal tozunu havacılıktan tıbba kadar tüm sektörlerde kullanışlı hale getirir:

• Tüm metalik elementler arasında en yüksek mukavemet/ağırlık oranı
• Tamamen biyouyumludur ve toksik değildir
• Tuzlu su, su ve fizyolojik korozyona karşı dayanıklıdır
• Kriyojenik sıcaklıktan 600°C sıcaklığa kadar termal olarak inert
• Rakip yüksek mukavemetli alaşımlara göre daha sünek
• Toz yatak füzyon 3D baskı uyumluluğu
• Hafif kompozitlere ve güçlendirilmiş yapılara izin verir

Titanyum toz metalürjisinde devam eden gelişmeler artık ortopedik implantlar, havacılık ve uzay bileşenleri, otomobil sistemleri ve titanyumun kendine özgü avantajlarından yararlanan birçok genel mühendislik uygulaması için daha büyük basılı parçalara olanak sağlıyor.

Titanyum Metal Tozu Kompozisyon

Ticari olarak saf titanyum, düşük oksijen ve demir safsızlıkları ile >99% titanyum içerir:

Element	Ağırlık %	Rol
Titanyum (Ti)	99.5%+	Korozyon direnci, mukavemet
Oksijen (O)	<0,20%	Kirletici - sünekliği azaltır
Demir (Fe)	<0,30%	Kirletici - korozyon direncini azaltır
Azot (N)	<0,03%	Kirletici - gevrekleşmeye neden olur
Karbon (C)	<0,10%	Kirletici - yapışmayı azaltır

Titanyumun yüksek reaktivitesi, hiçbir zaman doğal olarak saf halde bulunmadığı anlamına gelir. Ancak ekstrakte edilip saflaştırılarak toz haline getirildiğinde, yüksek performanslı parçaların üretimi için uygun olağanüstü özellikler gösterir.

Özellikleri ve Nitelikleri

• Yüksek Çekme Dayanımı - 490 MPa
• Yoğunluk - 4,5 g/cm3
• Erime noktası - 1668°C
• Termal genleşme - 8,6 μm/(m.K)
• Elektriksel direnç - 420 nΩ.m
• Termal iletkenlik - 21,9 W/(m.K)
• Biyotoksisitesi olmayan paramanyetik
• Mükemmel biyouyumluluk

Bu özellikler, daha sonra açıklanacağı üzere toz üretim aşamalarındaki safsızlık kontrollerine büyük ölçüde bağlıdır.

Titanyum Tozu Üretim Yöntemleri

Armstrong Süreci

• İnert atmosfer altında titanyum tetraklorürün sodyum/magnezyum ile indirgenmesi
• Katmanlı üretim için uygun düşük ara element tozunu kolaylaştırır

Hidrür-Dehidrür (HDH) Prosesi

• Titanyum süngeri küresel toza dönüştüren en yaygın yöntem
• Daha düşük maliyet ancak optimizasyon gerektiren daha yüksek oksijen toplama

Adımlar	Detaylar
Hammadde	Titanyum külçe veya sünger
Hydriding	Kırılgan TiH2 yapmak için Ti'yi hidrojenle reaksiyona sokan işlem
Frezeleme	Hidrürün ince toz parçacıklarına kırılması
Hidrasyon giderme	TiH2'den hidrojenin dikkatlice uzaklaştırılması
Şartlandırma	Kurutma, karıştırma, partikül boyutu dağılımı ayarı
Son Test	Kimyasal analizler, partikül boyutu dağılımı, morfoloji kontrolleri

Temel özellikler:

• Partikül boyutları 15 mikron ila 150 mikron arasında ayarlanmıştır
• Bazı uydularla birlikte neredeyse küresel morfolojiler
• Kontrollü düşük oksijen ve nitrojen safsızlık seviyeleri
• Stabilizasyon ısıl işlemleri kullanılarak en aza indirilmiş yüzey oksidasyonu
• Hidrür tozlarını karıştırarak özel kimyasal karışım mümkündür

Bir sonraki bölüm, titanyum tozunu son kullanım parçaları ve bileşenlerine birleştirmek için bazı yaklaşımları vurgulamaktadır.

Kullanan Uygulamalar Titanyum Metal Tozu

Katmanlı Üretim

• Lazer toz yatağı füzyonu kullanarak karmaşık geometrilerin 3D baskısı
• Ortopedik diz/kalça eklemleri gibi havacılık ve tıbbi implantlar
• Hafif, aksi takdirde işlenmiş bileşenler

Toz Enjeksiyon Kalıplama

• Bağlantı elemanları gibi yüksek hacimli net şekilli küçük bileşenler
• Titanyum donanıma uygun maliyetli konsolidasyon

Metal Enjeksiyon Kalıplama

• İnce duvarlı küçük karmaşık titanyum parçalar
• Korozyona dayanıklı vanalar ve bağlantı parçaları

Toz Metalurjisi Pres ve Sinter

• Kapsüllenmiş titanyumun sıcak izostatik preslenmesi
• Kemik büyüme yüzeyleri gibi gözenekli yapılar

Termal Püskürtme

• Aşınmaya ve korozyona dayanıklı titanyum kaplamalar
• Aşınmış bileşenlerin metalik kaplamalarla kurtarılması

Gelişmekte olan: Ultrasonik konsolidasyon ve soğuk sprey katkı tekniklerinin yanı sıra polimer yapıştırıcılar kullanan bağlayıcı jet 3D baskı şu anda geliştirilme aşamasında.

Daha sonra, özel titanyum tozu sipariş etmek için kullanılan genel spesifikasyon ayrıntılarını özetleyeceğiz.

Titanyum Tozu Özellikleri

Endüstriyel kullanım için ticari olarak temin edilebilen titanyum tozu, belirlenmiş kalite ölçütlerine uygundur:

Parametre	Tipik Değerler
Parçacık Boyutu Dağılımı	10 μm ila 150 μm
Parçacık Şekli	Ağırlıklı olarak küresel
musluk yoğunluğu	2,2 g/cc ila 3,0 g/cc
Görünür yoğunluk	1,5 g/cc ila 2,0 g/cc
Saflık	99,7% titanyum içeriği
Oksijen Safsızlığı	<2000 ppm
Azot Safsızlığı	<150 ppm
Hidrojen Safsızlığı	<100 ppm
Akışkanlık	Kuru kaplamalar ile geliştirilmiştir

Parçacık mühendisliği - Daha küçük olması zordur ama daha iyidir. 100 mikrondan büyük olması kusur riski taşır.

Saflık - Özellikler için hayati önem taşır ve üretim rotasına bağlıdır.

Toz özellikleri - Konsolidasyon tekniği ve istenen malzeme performansı ile uyumludur.

Önemli ölçüde özelleştirme mümkündür ancak MOQ parti taahhütleri gerektirir. Tedarik ortaklıkları uygulama geliştirmeyi kolaylaştırır.

Titanyum Tozu İşleme Öngörüleri

İnce titanyum tozunun taşınması, güvenlik kontrolleri gerektiren yanma riskleri oluşturur:

• Depolama ve taşıma için inert gaz eldiven kutuları kullanın
• Toplu miktarları ateşleme kaynaklarının yakınında depolamaktan kaçının
• Statik birikimi dağıtmak için ekipmanı elektriksel olarak topraklayın
• Özel vakum ve havalandırma sistemleri kullanın
• Hidrür gibi reaktif ara ürünleri termal olarak korur
• Malzeme reaktivitesi göz önüne alındığında sıkı güvenlik protokollerini takip edin

Bir sonraki bölümde, geleneksel dövme metal formlarından daha maliyetli olan titanyum tozu ile ilgili ekonomi incelenmektedir.

Titanyum Tozu Fiyat Analizi

Ürün	Fiyat Aralığı
Ar-Ge sınıfı Ti tozu	$800+ kg başına
Endüstriyel sınıf	$100+ kg başına
Havacılık ve uzay sınıfı	$200+ kg başına
Tıbbi sınıf	$500+ kg başına

Toz üretim ekonomisi, eklenen malzeme değerine göre bitmiş parça maliyetlerine hakimdir. Ancak hafiflik potansiyeli havacılık, uzay ve yarış mobilitesi uygulamaları için benimsenmeyi haklı çıkarmaktadır.

Biyouyumluluk sertifikasyonu için sıkı kimya gereklilikleri tıbbi fiyatlandırma kademelerini yükseltiyor. Yüksek nitrojen, tozu kemikle temas eden implant cihazları için uygunsuz hale getirir.

Tedarik ortaklıkları ve nitelikli LTA düzenlemeleri, ihracat kontrollü titanyum sünger maliyetlerindeki değişken hammadde dalgalanmalarını dengeleyerek en iyi fiyatlandırmanın güvence altına alınmasına yardımcı olur.

Alternatiflerle Karşılaştırma

Titanyum çelikler, alüminyum alaşımları, magnezyum ve gelişmiş kompozitlere karşı rekabet etmektedir:

Malzeme	Çekme Dayanımı	Yoğunluk	Korozyon Direnci	Biyo-uyumluluk	Maliyet
Titanyum Ti64	Yüksek	Işık	Mükemmel	Mükemmel	$$$
Paslanmaz Çelik 316L	Orta	Ağır	İyi	Adil	$
Al 6061	Orta	Işık	Zayıf	İyi	$
CoCr Alaşımları	Yüksek	Ağır	Mükemmel	Toksisite riskleri	$$
Mg AZ91	Düşük	En hafif	Adil	İyi	$
Peek Polimer	Orta	Düşük	Mükemmel	Biyolojik olarak inert	$$$

Titanyum Faydaları

• En yüksek mukavemet/ağırlık oranı
• Tam korozyon direnci
• Kanıtlanmış biyouyumluluk
• Mevcut tedarik altyapısı

Titanyum Sınırlamaları

• Tasarım geometrilerine karşı yüksek hassasiyet
• Zorlu yanma ve bağ çözme
• Reaktif toz elleçleme kontrol gerektirir
• Nispeten pahalı hammadde fiyatlandırması

Bu teknik ve ticari dengelerin anlaşılması, titanyum toz metalürjisinden en fazla fayda sağlayan ideal uygulamaların belirlenmesine yardımcı olur.

Araştırma ve Geliştirme Görünümü

Titanyum tozunu iyileştirmeye yönelik yeni çabalar şunlardır:

Alaşım Tasarım

• Dermatolojik implantlar için özelleştirilmiş bileşimler
• Egzotik element karışımları ile yüksek entropili alaşımlar

Modelleme

• Isıl işlemler sırasında mikroyapısal evrimin tahmin edilmesi
• Tozun yeniden kullanım limitlerinin karakterize edilmesi

AM Süreci

• Binder jet baskı ve ardından mikrodalga sinterleme
• Soğuk sprey yoğunlaştırmayı birleştiren hibrit üretim

Toz Üretimi

• Hidrürleme olmadan elektrostatik sferoidizasyon
• Yeniden kullanım yoluyla düşük maliyetli titanyum tozu karışımları

Uygulamalar

• Havacılık ve uzay türbini prototiplerinin kalifiye edilmesi
• Elektronik termal yönetim cihazları
• Sürekli değişken şanzıman dişli kutusu

Özet

Titanyum en yüksek mukavemet/ağırlık oranına sahip metalik elementtir ancak geleneksel döküm ve işleme teknikleri kullanılarak çıkarılması ve üretilmesi her zaman zor olmuştur. Toz metalürjisindeki son gelişmeler, titanyumun korozyon direnci ve biyouyumluluğu bir araya getiren hafif, yüksek mukavemetli basılı parçalar sunma potansiyelini dönüştürmektedir. Medikal, havacılık ve otomotiv uygulamalarında kimya uyumluluğunun uyarlanması artık teknik veya ekonomik olarak daha önce imkansız olan yenilikçi geometrilerin kilidini açıyor. Bununla birlikte, ince titanyum tozunun piroforik reaktivite risklerini ele almak, benimsemeyi araştırırken son derece dikkatli olunması gereken bir uzmanlık engeli olmaya devam etmektedir. Uzman malzeme ortaklarıyla yakın çalışmak, operasyonel riskleri azaltırken titanyumun tüm potansiyelinden yararlanmaya olanak tanır.

daha fazla 3D baskı süreci öğrenin