Titaanpoeders zijn fijn verdeelde metalen titaniumdeeltjes die in verschillende toepassingen worden gebruikt vanwege hun unieke eigenschappen zoals een hoge sterkte-gewichtsverhouding, corrosiebestendigheid en biocompatibiliteit. Deze gids geeft een gedetailleerd overzicht van verschillende soorten titaniumpoeders, hun samenstelling, eigenschappen, productiemethoden, toepassingen en leveranciers.
Overzicht van titaniumpoeders
Titaanpoeders zijn verkrijgbaar in verschillende zuiverheidsgraden, deeltjesgrootten en morfologieën voor gebruik in diverse toepassingen in de ruimtevaart, auto-industrie, chemische industrie, medische industrie, militaire industrie en andere industrieën.
Belangrijkste kenmerken die titaniumpoeders nuttig maken:
- Hoge sterkte-gewichtsverhouding
- Uitstekende corrosieweerstand
- Lage dichtheid vergeleken met andere metalen
- Biocompatibiliteit en niet-toxiciteit
- Bestand tegen extreme temperaturen
- Hoge chemische stabiliteit in verschillende omgevingen
- Veelzijdige productie- en verwerkingsopties
Met de voortschrijdende technologie worden titaniumpoeders met meer gecontroleerde deeltjeskarakteristieken geproduceerd om aan de eisen van toepassingen te voldoen.
Types van Titaanpoeder
Titaanpoeders kunnen worden gecategoriseerd op basis van samenstelling, productiemethode, deeltjesmorfologie, deeltjesgrootteverdeling en andere parameters:
Titanium Poeder Samenstelling
| Type | Puurheid | Belangrijkste elementen |
|---|---|---|
| Commercieel zuiver titanium | 99,5-99,9% Ti | Fe, C, N, O |
| Ti-6Al-4V-legering | 90% Ti, 6% Al, 4% V | Al, V |
| Ti-3Al-2,5V legering | 97% Ti, 3% Al, 2,5% V | Al, V |
- Commercieel zuiver titanium heeft een hogere corrosiebestendigheid. Titaanlegeringen bieden een hogere sterkte.
- Andere legeringselementen zoals molybdeen, zirkonium, tin, silicium, koper en chroom kunnen ook aanwezig zijn, afhankelijk van de vereiste eigenschappen.
Productiemethode titaniumpoeder
| Methode | Details | Deeltjeskenmerken |
|---|---|---|
| Hydride-dehydride (HDH) | Ti-spons reageerde met H2 en ontbond vervolgens | Onregelmatige morfologie, brede grootteverdeling |
| Gasverneveling | Gesmolten Ti gedesintegreerd door N2/Ar-jets | Bolvormig, gecontroleerde grootteverdeling |
| Plasma-verneveling | Hogere energie dan gasverstuiving | Bolvormige, fijne deeltjes |
| Elektrode-inductie smeltgasatomisatie (EIGA) | Combineert inductieschedelsmelten met gasverstuiving | Bolvormig, gecontroleerd zuurstofgehalte |
- Gasgeatomiseerde poeders hebben meer bolvormige deeltjes die ideaal zijn voor additieve productie, terwijl HDH-poeders onregelmatig zijn.
- Plasma-geatomiseerde poeders kunnen fijnere deeltjes produceren onder 15 micron.
De morfologie van titaniumpoederdeeltjes
| Type | Vorm | Oppervlaktestructuur |
|---|---|---|
| Onregelmatig | Niet-sferische willekeurige vormen | Ruwe oppervlakken |
| Korrelig | Afgerond met zichtbare facetten | Glad met wat putjes |
| Bolvormig | Zeer rond | Zeer soepel |
- De vorm van de deeltjes beïnvloedt de poederstroom, verpakkingsdichtheid en laaguniformiteit in AM-processen.
- Gladdere, bolvormige poeders leveren betere prestaties in de meeste AM-metaalsystemen.
Deeltjesgrootteverdeling titaniumpoeder
Titaanpoeders die geschikt zijn voor AM-processen zoals laser powder bed fusion (L-PBF) en directed energy deposition (DED) hebben deeltjesgrootteverdelingen tussen:
- 15-45 micron
- 45-150 micron
Fijnere 15-45 micron poeders maken een hogere resolutie mogelijk, terwijl grovere 45-150 poeders ingesloten gassen minimaliseren en de vloeibaarheid verbeteren.
Eigenschappen van titaniumpoeder
De belangrijkste eigenschappen van titaniumpoeders zijn:
Tabel: Eigenschappen titaniumpoeder
| Eigendom | Details |
|---|---|
| Dikte | 4,5 g/cc |
| Smeltpunt | 1668°C |
| Warmtegeleiding | Laag, 6,7 W/mK |
| Elektrische geleiding | Laag, 0,4 MS/m |
| Chemische reactiviteit | Vormt een stabiele oxidelaag in lucht |
| Mechanische sterkte | Hoge sterkte-gewichtsverhouding |
| Corrosieweerstand | Bestand tegen uiteenlopende zuren, chloriden en andere chemicaliën |
| bij verhoogde temperaturen | |
| Biocompatibiliteit | Uitstekend, niet giftig, niet allergeen |
- De oxidelaag maakt titanium bestand tegen corrosie en zorgt voor bio-inertie.
- Titanium heeft na beryllium de hoogste sterkte-gewichtsverhouding onder de metalen.
- Legeren verbetert de mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen aanzienlijk.
Productiemethoden voor titaniumpoeder
Veelgebruikte technieken om titaniumpoeders te produceren zijn onder andere:
Tabel: Productiemethoden titaanpoeder
| Methode | Werkend principe | Deeltjeskenmerken |
|---|---|---|
| Hydride-dehydride (HDH) | Ti-spons reageert met H2 om bros TiH2 te vormen, dat wordt vermalen en ontleed tot poeder. | Onregelmatige vormen, brede grootteverdeling |
| Gasverneveling | Inerte gasstralen met hoge snelheid verdelen de gesmolten titaniumstroom in druppels die stollen tot poeder. | Bolvormige deeltjes, gecontroleerde grootteverdeling |
| Plasma-verneveling | Vergelijkbaar met gasverstuiving, maar er wordt een plasmaboog met hogere energie gebruikt | Fijnere bolvormige deeltjes, satellietformaties |
| Elektrode inductiegasverstuiving (EIGA) | Combineert inductiesmelten in koude koperen smeltkroes met gasverstuiving | Fijnere deeltjes, lagere zuurstofopname |
Bijkomende stappen zoals zeven, zuurstofloos maken of consolideren kunnen poeders verder aanpassen voor specifieke toepassingen.
Toepassingen van Titaanpoeder
Belangrijke toepassingen die profiteren van de eigenschappen van titaniumpoeder:
Tabel: Toepassingen voor titaniumpoeder
| Industrie | Sollicitatie | Voordelen |
|---|---|---|
| Lucht- en ruimtevaart | Smeden, gieten van motoronderdelen; AM van casco-, turbineonderdelen | Hoge sterkte-gewichtsverhouding |
| Chemisch | Apparatuur zoals warmtewisselaars, tanks, pijpen | Corrosieweerstand |
| Automobiel | Kleppen, drijfstangen, ophangingen | Lichtgewicht, duurzaam |
| Biomedisch | Implantaten, protheses, apparaten | Biocompatibiliteit, osseo-integratie |
| Militair | Ballistische pantserplaten, voertuigen | Hoge sterkte, lage dichtheid |
| Additieve productie | L-PBF van Ti-6Al-4V onderdelen voor de ruimtevaart, automobielindustrie | Economische productie van complexe, lichtgewicht onderdelen |
- Biocompatibiliteit maakt integratie van titanium implantaten mogelijk met minimale ontstekingsreactie.
- De mogelijkheid om ingewikkelde titanium onderdelen te 3D-printen vergroot de productieflexibiliteit.
Met name de titaanlegering Ti-6Al-4V domineert in de luchtvaart, medische implantaten en metal AM-toepassingen vanwege de sterkte, verwerkbaarheid en corrosiebestendigheid in combinatie met de commerciële verkrijgbaarheid.
Titanium poeder specificaties
Industriële titaniumpoeders voor AM en andere toepassingen moeten voldoen aan specificaties voor samenstelling, deeltjesgrootteverdeling, morfologie, vloei-eigenschappen, onzuiverheidsniveaus en andere parameters.
Tabel: Specificaties titaanpoeder
| Parameter | Typische specificatie | Testmethode |
|---|---|---|
| Deeltjesgrootte | 15-45 μm; 45-150 μm | Laserdiffractie, zeef |
| Deeltjesvorm | Beeldverhouding onder 3 | Microscopie |
| Schijnbare dichtheid | Boven 2,5 g/cc | Hall-debietmeter |
| Tik op dichtheid | Tot 4 g/cc | ASTM B527 |
| Stroomsnelheid | 25-35 s/50g | Hall-debietmeter |
| Zuurstofgehalte | Onder 0,2 wt% | Fusie van inert gas |
| Stikstofgehalte | Onder 0,05 wt% | Fusie van inert gas |
| Waterstofgehalte | Onder 0,0125 wt% | Fusie van inert gas |
Voldoen aan de benchmarks voor poederkwaliteit zorgt voor consistentie, betrouwbaarheid en prestaties bij AM-productie.
Leveranciers van titaniumpoeder
De belangrijkste titaniumpoederfabrikanten en -leveranciers wereldwijd zijn onder andere:
Tafel: Leveranciers van titaniumpoeder
| Bedrijf | Poeder kwaliteiten | Productiemethoden |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Ti-64 ELI, Ti graad 2 | Plasma-verneveling |
| TLS-techniek | Ti-6Al-4V, Ti-klasse 2, Ti-klasse 5 | Gasverneveling |
| Praxair (T.I.P.) | CP Ti, Ti-6Al-4V | Meervoudig |
| SLMP Mallory | CP Ti, Ti-6Al-4V | HDH, Gasverstuiving |
| Timmerman additief | Ti-6Al-4V | Gasverneveling |
| Sandvik | Meerdere Ti legeringen | Plasma-verneveling |
| LPW-technologie | CP Ti, Ti legeringen | Plasma-verneveling |
De prijzen variëren van $50/kg voor onregelmatig poeder tot meer dan $1000/kg voor zeer sferische plasmavernevelde materialen die worden gebruikt in veeleisende toepassingen zoals onderdelen voor de ruimtevaart.
Vergelijking van titaniumpoeders
Tabel: Vergelijking van soorten titaniumpoeder
| Parameter | HDH-poeder | Gas verneveld | Plasma verneveld |
|---|---|---|---|
| Deeltjesvorm | Onregelmatig | Afgerond | Zeer bolvormig |
| Groottebereik (μm) | 50-250 | 15-150 | 5-45 |
| Productiekosten | Laag | Gematigd | Hoog |
| Zuurstofgehalte | Hoger | Lager | Laagste |
| Toepassingen | Pers en sinter | Spuitgieten van metaal, heet isostatisch persen | AM (DED, L-PBF) |
HDH-poeders zijn minder duur, maar onregelmatige deeltjes beperken het gebruik tot pers- en sintertechnologieën, terwijl plasma geatomiseerd poeder, ondanks de hoge kosten, uitstekende vloei- en smelteigenschappen biedt voor veeleisende additieve productie. Gasverneveld poeder biedt een goede balans voor de meeste toepassingen.
Voordelen en beperkingen van Titaanpoeder
Tabel: Voordelen en beperkingen van titaanpoeders
| Voordelen | Beperkingen |
|---|---|
| Hoge sterkte-gewichtsverhouding | Duur in vergelijking met staal |
| Behoudt eigenschappen bij verhoogde temperaturen | Verwerking onder gecontroleerde atmosfeer vereist |
| Bestand tegen een breed scala aan chemicaliën | Lage thermische geleidbaarheid |
| Volledig recyclebaar | Gevoelig voor vervuiling zoals zuurstofopname |
| Niet-magnetisch en vonkvrij | Moeilijk te bewerken in bepaalde legeringsvormen |
| Gemakkelijk te fabriceren in complexe vormen | Beperkt leveranciersbestand, vooral voor hoogwaardig poeder |
De verdiensten van titanium maken het geschikt voor gespecialiseerde toepassingen, ondanks nadelen zoals hoge kosten en gevoeligheid voor vervuiling tijdens hergebruik of recycling.
Veel Gestelde Vragen
1. Waarom is een hoge zuiverheidsgraad belangrijk voor titaniumpoeders bedoeld voor medische of ruimtevaarttoepassingen?
Hoge zuiverheid minimaliseert nadelige biologische reacties en garandeert betrouwbare prestaties onder veeleisende bedrijfsomstandigheden gedurende productlevenscycli van tientallen jaren. Sporenelementen kunnen de mechanische eigenschappen of corrosiebestendigheid negatief beïnvloeden.
2. Wat is het voordeel van sferoïdale titaniumpoeders voor AM?
Bolvormige poeders met een gladde oppervlaktestructuur zorgen voor een uitstekende vloeibaarheid, smeerbaarheid, verpakkingsdichtheid en laaguniformiteit tijdens laser- of e-beam-smeltprocessen, wat resulteert in 3D-geprinte componenten van hogere kwaliteit.
3. Welke productiemethode voor titaniumpoeder geeft de fijnste deeltjesgrootte?
Plasmaverneveling van titanium kan extreem fijne deeltjes opleveren tot 5-15 micron dankzij de hogere energie-input, waardoor AM-verwerking met zeer hoge resolutie mogelijk is. De productiviteit is echter lager dan bij gasatomisatie.
4. Waarom is gasverneveling de populairste methode om titaniumpoeder te maken?
Gasvernevelde poeders bieden een goede balans tussen deeltjesgrootteverdeling, sferische morfologie, bulkdichtheid en gematigde zuurstofopname tijdens productie tegen redelijke kosten. Dit zorgt voor een grote flexibiliteit bij het voldoen aan specificaties voor persen, AM, thermisch spuiten of andere poedermetallurgietechnologieën.
5. Wat wordt bedoeld met 'satellietdeeltjes' in plasma-geatomiseerd titaniumpoeder?
Satellieten zijn zeer fijne ondermaatse deeltjes die zich aan het oppervlak van grovere deeltjes hechten tijdens het snelle stollen. Deze satellieten kunnen vast komen te zitten in lagen, wat de consolidatie en dichtheid negatief beïnvloedt.
Samenvatting
Met hun hoge sterkte, lage dichtheid, temperatuurbestendigheid, corrosieprestaties en biocompatibiliteit dienen titaniumpoeders kritische toepassingen in de ruimtevaart, de medische sector, de auto-industrie, de chemische en militaire sector.
Moderne verstuivingsmethoden met gas, plasma en inductiesmelting kunnen titaniumpoeders produceren met op maat gemaakte deeltjeskarakteristieken om de prestaties te maximaliseren in poederbed AM-processen, evenals in metaalspuitgieten, persen en sinteren, thermisch spuiten en nog veel meer.
Toonaangevende titaanpoederproducenten bieden verschillende kwaliteiten aan, waaronder commercieel zuiver titanium samen met werkpaardlegeringen zoals Ti-6Al-4V die voldoen aan de belangrijkste benchmarks voor grootteverdeling, vorm en zuiverheid.
Ondanks de hogere kosten ten opzichte van staal, bieden titaniumpoeders de vereiste combinatie van mechanische en chemische eigenschappen om het gebruik in missiekritische roterende onderdelen, pantserbeschermingssystemen, biomedische implantaten en 3D-geprinte onderdelen waar prestaties, levensduur en betrouwbaarheid van vitaal belang zijn, te rechtvaardigen.
Voortdurende R&D gericht op poederproductie, nabewerking, ontwikkeling van legeringen en kwalificatie is gericht op uitbreiding van het gebruik in de ruimtevaart, defensie, motorsport en medische sectoren waar de mogelijkheden van titanium de volgende generatie transport- en gezondheidstechnologieën mogelijk kunnen maken.
