Overzicht
Titaanmetaalpoeder is een fijne korrelvorm van titaniummetaal die wordt gebruikt in verschillende productietoepassingen. Het biedt een uitstekende verhouding tussen sterkte en gewicht, corrosiebestendigheid en biocompatibiliteit, waardoor het geschikt is voor gebruik in onderdelen voor de ruimtevaart, medische implantaten, sportuitrusting, auto-onderdelen en nog veel meer.
Titaanpoeder kan op verschillende manieren worden geproduceerd, waaronder verstuiving van gesmolten titanium, elektrolyse van titaanverbindingen en directe reductie van titaniumerts. De eigenschappen en prestaties van het poeder zijn afhankelijk van de productietechniek en nabewerkingen. Kritische eigenschappen die de kwaliteit en bruikbaarheid van titaanpoeder bepalen, zijn onder andere de deeltjesgrootteverdeling, morfologie, poederstroombaarheid, schijnbare dichtheid en onzuiverheidsniveaus.
Types van Poeder van titaniummetaal
| Type | Productie methode | Deeltjesgrootte | Morfologie | Schijnbare dichtheid | Vloeibaarheid | Toepassingen |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Verstoven | Gas- of plasmaatomisatie van gesmolten titanium | 10 - 250 μm | Bolvormig, korrelig | 2,2 - 3,8 g/cc | Goed | Additieve productie, MIM |
| Hydride-dehydride (HDH) | Hydrogenering en dehydrogenering van titaniumschroot | <250 μm | Onregelmatig, sponsachtig | 1 - 2,5 g/cc | Arm | Metaal spuitgieten |
| Proces met roterende elektrode | Elektrolyse van titaanverbindingen | 5 - 150 μm | Dendritisch | 2 - 3 g/cc | Eerlijk | Additieve productie |
| Aluminothermische reductie | Chemische reductie met aluminium | 50 - 500 μm | Onregelmatig, poreus | 1,5 - 3 g/cc | Eerlijk | Vuurvaste metallisatie |
Verstoven titaniumpoeder is bolvormig met goede vloei- en verpakkingskenmerken. Het is geschikt voor veeleisende toepassingen op het gebied van additieve productie en metaalspuitgieten.
Hydride-dehydride poeder heeft een lagere dichtheid en een slechte vloei in vergelijking met geatomiseerd poeder. Het wordt voornamelijk gebruikt voor het spuitgieten van metaal vanwege de lagere kosten.
Roterend elektrodeproces poeder heeft unieke dendritische deeltjes die zorgen voor een hoge gesinterde dichtheid. Het wordt gebruikt in additieve productiemethoden zoals elektronenstraal smelten.
Samenstelling van titaniummetaalpoeder
Titaanmetaalpoeders worden grofweg ingedeeld in vier kwaliteiten op basis van het zuurstof- en ijzergehalte volgens de ASTM-normen:
| Cijfer | Zuurstof (wt%) | IJzer (wt%) | Andere elementen |
|---|---|---|---|
| Rang 1 | 0.18 | 0.20 | N, C, H |
| Rang 2 | 0.25 | 0.30 | N, C, H |
| Rang 3 | 0.35 | 0.30 | N, C, H |
| Rang 4 | 0.40 | 0.50 | N, C, H |
De belangrijkste legeringselementen in titaanpoeder zijn:
- Aluminium (Al) - Verbetert sterkte en warmtebehandelbaarheid
- Vanadium (V) - Verhoogt sterkte en taaiheid
- Tin (Sn) - Verbetert de kruipweerstand
- Zirkonium (Zr) - Verfijnt korrels
Sporenelementen zoals stikstof, koolstof, waterstof en ijzer hebben ook significante effecten op de mechanische eigenschappen. Strikte controle over de chemische samenstelling is noodzakelijk om optimale prestaties te verkrijgen.
Eigenschappen van titaniummetaalpoeder
| Eigendom | Waarde | Betekenis |
|---|---|---|
| Dikte | 4,5 g/cm3 | Lager dan staal en nikkellegeringen |
| Smeltpunt | 1660°C | Behoudt sterkte bij hoge temperaturen |
| Kracht | 900 - 1200 MPa | Sterker dan aluminium |
| Elasticiteitsmodulus | 100 - 120 GPa | Lagere modulus dan staal |
| Verlenging | 15 – 25% | Goede vervormbaarheid |
| Corrosieweerstand | Uitstekend | Door de beschermende oxidelaag |
| Biocompatibiliteit | Uitstekend | Geschikt voor medische implantaten |
| Warmtegeleiding | 7 - 16 W/m.K | Lager dan aluminium en staal |
De eigenschappen van afgewerkte titanium onderdelen zijn afhankelijk van de poedereigenschappen en de manier waarop de onderdelen zijn vervaardigd. Poreusheid, oppervlakteafwerking, warmtebehandeling enz. hebben een grote invloed.
De belangrijkste voordelen van titaniummetaal zijn de hoge specifieke sterkte, corrosiebestendigheid, levensduur bij vermoeidheid en biocompatibiliteit. Beperkingen zijn onder andere de hoge reactiviteit bij hoge temperaturen, waardoor inerte atmosferen nodig zijn voor poederbehandeling en verwerking. Titaanlegeringen kunnen ook moeilijker te bewerken zijn dan andere metalen vanwege de lage thermische geleidbaarheid die plaatselijke verhitting veroorzaakt tijdens het bewerken.
Toepassingen van Poeder van titaniummetaal
| Sollicitatie | Voorbeelden | Vereiste poederkenmerken |
|---|---|---|
| Additieve productie | Ruimtevaartonderdelen, orthopedische implantaten | Sferische morfologie, gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling onder 100 μm, hoge zuiverheid |
| Metaal spuitgieten | Tandheelkundige implantaten, bevestigingsmiddelen | Onregelmatig poeder onder 25 μm geschikt voor het mengen van bindmiddelen |
| Vuurvaste metallisatie | Titaniumcoatings op metalen substraten | Breed assortiment poederformaten van 5 μm tot 500 μm |
| Poeder-Metallurgie | Drijfstangen, aandrijfassen | Strenge controle over zuurstof- en stikstofgehalte, goede samendrukbaarheid en sinterbaarheid |
| Thermische spuitcoatings | Beschermende coatings voor mariene toepassingen | Speciaal poeder van plasmaspuitkwaliteit met geoptimaliseerde deeltjesgrootteverdeling |
| Pyrotechniek | Fakkels, explosieven | Grover poeder boven 150 μm geschikt voor metaalbrandstofformules |
Fijne poeders onder 100 micron hebben de voorkeur voor additieve productie om een goede resolutie en mechanische eigenschappen te verkrijgen. Voor geperste en gesinterde toepassingen biedt de bolmorfologie optimale dichtheid, terwijl onregelmatige deeltjes de voorkeur genieten voor metaalspuitgietgrondstoffen.
Specificaties voor titanium metaalpoeder
ASTM-standaarden voor verschillende titaniumpoederkwaliteiten:
| Standaard | Beschrijving | Rangen |
|---|---|---|
| ASTM B849 | Standaard voor voorgelegeerd titaanpoeder voor MIM | Rang 1 tot 4 |
| ASTM B981 | Norm voor titaanlegeringen voor thermische spuitcoatings | Rang 1 en 2 |
| ASTM B983 | Standaard voor titaanhydride-dehydride poeder voor MIM | Rang 1 tot 4 |
Andere titaanpoeder specificaties:
| Parameter | Typische waarden | Testmethoden |
|---|---|---|
| Deeltjesgrootteverdeling | 10 μm tot 150 μm | Laserdiffractie, zeefanalyse |
| Schijnbare dichtheid | 1 tot 4 g/cc | Hall-stroommeter, Scott-volumemeter |
| Tik op dichtheid | 70 tot 80% ware dichtheid van vaste stof | ASTM B527 |
| Poedermorfologie | Bolvormig, korrelig, spons, dendritisch | SEM, optische microscopie |
| Stroomsnelheid | 25 tot 35 s/50 g | Hall-debietmeter |
| Verlies bij ontsteking | 0,1 tot 2 wt% | ASTM E1019 |
| Resterende waterstof | 100 tot 500 ppm | LECO fusie met inert gas |
Leveranciers van Poeder van titaniummetaal
| Leverancier | Productie methode | Poederkwaliteit | Deeltjesgrootte |
|---|---|---|---|
| AP&C | Plasma-verneveling | Rang 1, 2, 5 | 10 tot 45 μm |
| TLS-techniek | Gasverneveling | Graad 23 | 45 tot 150 μm |
| AMETEK | Roterende elektrode | Rang 2 | 5 tot 63 μm |
| Puris | Hydride-dehydride | Rang 2 | Tot 150 μm |
Indicatieve prijzen voor titaniummetaalpoeder:
| Cijfer | Prijzen ($/kg) |
|---|---|
| Rang 1 | 50 tot 150 |
| Rang 2 | 40 tot 100 |
| Niveau 5 | 250 tot 500 |
Bulkkortingen zijn mogelijk voor grote bestellingen van meer dan 100 kg. Daadwerkelijke prijzen variëren op basis van hoeveelheid, kwaliteitseisen, levertijd, enz.
Vergelijking van productiemethoden voor titaniumpoeder
| Parameter | Gasverstuiving | Plasma-verneveling | HDH-proces | Roterende elektrode |
|---|---|---|---|---|
| Morfologie | Korrelig, bolvormig | Zeer bolvormig | Spons, onregelmatig | Dendritisch |
| Zuurstofopname | Gematigd | Laag | Hoog | Laag |
| Doorvoer | Gematigd | Laag | Hoog | Gematigd |
| Kosten | Gematigd | Hoog | Laag | Gematigd |
| typische applicaties | AM, MIM | AM, lucht- en ruimtevaart | MIM | AM |
Geen enkele productiemethode biedt de beste balans tussen kwaliteit en rendabiliteit. De meeste fabrikanten zijn gespecialiseerd in één technologie en bieden verschillende kwaliteiten voor verschillende toepassingen. De kwaliteit en herhaalbaarheid van het poeder is cruciaal voor veeleisende toepassingen, terwijl de kosten een grotere drijvende factor zijn voor producten in grote volumes.
Veelgestelde vragen
V: Wat is het verschil tussen titanium poeder van de klassen 1, 2, 3 en 4?
A: De kwaliteiten verschillen op basis van het toegestane zuurstof- en ijzergehalte. Kwaliteit 1 heeft de laagste zuurstofgehaltes, terwijl kwaliteit 4 hogere onzuiverheden toelaat. Lagere kwaliteiten bieden superieure mechanische eigenschappen terwijl hogere kwaliteiten de kosten drukken.
V: Welke deeltjesgrootte titaniumpoeder heb ik nodig voor additieve productie?
A: Voor de meeste AM-processen is de optimale deeltjesgrootte 10 tot 45 micron. Fijnere poeders onder 100 micron zorgen voor een goede resolutie en mechanische eigenschappen. Echter, extreem fijne deeltjes onder de 10 μm kunnen een uitdaging zijn om gelijkmatig te verspreiden tijdens het lagen. Ze zijn ook vatbaarder voor agglomeratieproblemen.
V: Is titaniumpoeder gevaarlijk?
A: Titaanpoeder kan onder bepaalde omstandigheden ontbranden en explosiegevaar veroorzaken. Fijne titaanpoeders, vooral hydride poeders, zijn zeer ontvlambaar. Om titaanpoeder te hanteren is een omgeving met inert gas nodig met argon of stikstof. Opslagcontainers moeten goed geaard zijn. Werknemers moeten voorzorgsmaatregelen nemen tegen het inademen van stof en huidcontact bij het werken met titaanpoeders.
Vraag: Hoe wordt titaniumpoeder geproduceerd?
A: De vier belangrijkste productiemethoden zijn:
- Gasatomisatie: Gesmolten titaniumstroom wordt gebroken in druppels die stollen tot poeder.
- Plasmaverneveling: Extreem hoge hitte van plasma smelt en stolt titanium snel.
- HDH-proces: Titaanafval wordt verwerkt met behulp van waterstofcycli van absorptie en desorptie
- Roterende elektrode: Anodische oplossing van titaniumstaven vormt poeder door elektrolytische reacties
Elk proces resulteert in poeder met verschillende eigenschappen dat geschikt is voor verschillende toepassingen.
V: Wat is de prijs van titaniumpoeder?
A: Titaanpoeder kan variëren van $40 tot $500 per kg op basis van soort, kwaliteit, bestelvolume, enz. Bolvormig poeder van kwaliteit 1 en 2 is matig geprijsd rond $100/kg voor kleine hoeveelheden. Speciale legeringen die gebruikt worden in de ruimtevaart kunnen tot $500/kg kosten. Hydride-dehydride en poeder van hogere graad 4 zijn goedkopere opties dichter bij $50/kg voor industriële kopers.
