Overzicht
Titaniumpoeder is een veelzijdig metaalachtig materiaal dat wordt gewaardeerd om zijn unieke combinatie van hoge sterkte, lage dichtheid, corrosieweerstand en biocompatibiliteit. Als poeder vergemakkelijkt titanium geavanceerde productietechnieken zoals metaalspuitgieten (MIM), additieve productie (AM), heet isostatisch persen (HIP) en poedermetallurgie (PM) persen en sinteren om complexe titaniumcomponenten te creëren.
Belangrijke toepassingen voor titaniumpoeder zijn onder meer lucht- en ruimtevaartcomponenten, medische implantaten, auto-onderdelen, sportuitrusting, chemische verwerking en consumentenproducten. Deze gids biedt een uitgebreid overzicht van titaniumpoeder, inclusief productiemethoden, legeringssamenstellingen, kenmerken, eigenschappen, specificaties, toepassingen en wereldwijde leveranciers. Het is bedoeld om ingenieurs, productontwerpers en technische programmamanagers te helpen bij het selecteren en gebruiken titanium poeders.
Productie van titaniumpoeder
Titaniumpoeder wordt geproduceerd met behulp van de volgende primaire methoden:
Productiemethoden voor titaniumpoeder
- Gasverstuiving – Inert gas onder hoge druk desintegreert gesmolten titanium tot bolvormig poeder
- Plasma-verneveling – Titanium elektrodebogen creëren ultrafijn bolvormig poeder
- Hydrateren/dehydreren – Titaanhydridepoeder (TiO2) wordt gedehydrateerd tot fijne poeders
- Mechanisch frezen – Kogelfrezen breekt titaniumchips af tot onregelmatige deeltjes
- Plasma-sferoïdisatie – Onregelmatig poeder dat in plasma wordt gesmolten om bolvormige vormen te produceren
Gasverneveling en mechanisch malen komen het meest voor, waardoor respectievelijk bolvormige en hoekige poedervormen ontstaan. Extra zeven, conditioneren en mengen creëren toepassingsspecifieke deeltjesgrootteverdelingen.
Samenstellingen van titaniumpoeder
Terwijl het commercieel puur is titanium poeders beschikbaar zijn, bevatten de meeste poeders voor industrieel gebruik kleine hoeveelheden legeringselementen:
Gebruikelijke samenstellingen van titaniumpoeder
| Legering | Primaire legeringselementen | Sleuteleigenschappen |
|---|---|---|
| CP Titaan | 99,5%+ Ti | Uitstekende corrosieweerstand |
| Ti-6Al-4V | 6% Al, 4% V | Hoge sterkte, hittebehandelbaar |
| Ti-6Al-7Nb | 6% Al, 7% Nb | Hoge sterkte, biocompatibel |
| Ti-555 | 5% Al, 5% Mo, 5% V | Warmtebehandelbaar, machinaal bewerkbaar |
| Ti-1023 | 10% V, 2% Fe, 3% Al | Hoge sterkte, goede vervormbaarheid |
Aluminium, vanadium en niobium zijn veel voorkomende toevoegingen om de sterkte en verwerkbaarheid te verbeteren. Sporenborium, koolstof, ijzer en zuurstof komen ook voor.
Legering past de microstructuur, hardheid, bewerkbaarheid en andere eigenschappen aan, terwijl de uitstekende corrosieweerstand behouden blijft.
Kenmerken van titaniumpoeders
De belangrijkste kenmerken van titaniumpoeder zijn onder meer:
Titanium poeder kenmerken
| Kenmerkend | Typische waarden | Betekenis |
|---|---|---|
| Deeltjesgrootte | 10 – 150 micron | Sintergedrag, oppervlakteafwerking |
| Deeltjesvorm | Bolvormig, hoekig, dendritisch | Poederstroom en pakkingsdichtheid |
| Schijnbare dichtheid | 1,5 – 4,0 g/cc | Druk- en hanteringsgedrag |
| Tik op dichtheid | 2,5 - 4,5 g/cc | Indicator van samendrukbaarheid |
| Debiet van de hal | 25 – 35 s/50g | Poeder vloeibaarheid |
| Verlies bij ontsteking | 0,1 – 0,5 wt% | Zuurstof- en vochtgehalte |
| Pyroforiciteit | Geen | Voorzorgsmaatregelen voor ontvlambaarheid en hantering |
De deeltjesgrootteverdeling en de poedervorm hebben een aanzienlijke invloed op de poederstroom, verdichting, sinterrespons en dichtheid van geperste en gesinterde onderdelen. De schijnbare dichtheid geeft de samendrukbaarheid van het poeder aan.
Eigenschappen van Titaanpoeder
De belangrijkste eigenschappen van titaniumpoeder zijn onder meer:
Eigenschappen van titaniumpoeder
| Eigendom | Zuiver Ti | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|---|
| Dikte | 4,5 g/cc | 4,43 g/cc | 4,52 g/cc |
| Treksterkte | 240 MPa | 930 MPa | 900 MPa |
| Opbrengststerkte | 170 MPa | 860 MPa | 825 MPa |
| Verlenging | 24% | 10% | 15% |
| Elasticiteitsmodulus | 102 GPa | 114 GPa | 105 GPa |
| Hardheid | 80 HB | 334 HB | 321 HB |
| Warmte capaciteit | 522 J/kg·K | 526 J/kg·K | 527 J/kg·K |
| Warmtegeleiding | 7,2 W/m·K | 7,2 W/m·K | 6,7 W/m-K |
Legering met aluminium, vanadium en niobium verbetert de sterkte en hardheid aanzienlijk. Specifieke eigenschappen zijn sterk afhankelijk van de uiteindelijke microstructuur.
Toepassingen van titaniumpoeder
De belangrijkste toepassingen voor titaniumpoeder zijn onder meer:
Toepassingen van titaniumpoeder
| Industrie | Toepassingen | Belangrijkste redenen |
|---|---|---|
| Lucht- en ruimtevaart | Structurele componenten, turbinebladen, bevestigingsmiddelen | Hoge sterkte-gewichtsverhouding |
| Medisch | Orthopedische implantaten, tandheelkundige implantaten, chirurgische instrumenten | Biocompatibiliteit, corrosiebestendigheid |
| Automobiel | Drijfstangen, kleppen, veren, bevestigingsmiddelen | Lichtgewicht, prestaties |
| Chemisch | Tanks, leidingen, kleppen, pompen | Corrosieweerstand |
| Sportartikelen | Golfclubs, fietsen, helmen | Sterkte, op maat gemaakte mechanische eigenschappen |
| Petrochemisch | Boorgatgereedschappen, putmondonderdelen | Sterkte, corrosieweerstand |
De unieke eigenschappen van titanium maken het aantrekkelijk om het gewicht van luchtvaartcomponenten te verminderen, terwijl de mechanische integriteit in extreme omgevingen behouden blijft.
Uitstekende biocompatibiliteit en corrosiebestendigheid stimuleren het gebruik in orthopedische en tandheelkundige implantaten. De mogelijkheid om de eigenschappen van titanium aan te passen maakt sportartikelen met gespecialiseerde prestatiekenmerken mogelijk.
Specificaties voor titaniumpoeders
De samenstelling en kwaliteit van titaniumpoeder worden gedefinieerd door verschillende standaardspecificaties:
Titaniumpoedernormen
| Standaard | Toepassingsgebied | Deeltjesgrootte | Puurheid | Scheikunde |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B348 | Graad 1-4 ongelegeerd Ti-poeder | -635 mesh | 99.5%, 99.9%, 99.95% Ti | O, C, N, H-limieten |
| ASTM B801 | Ti-6Al-4V-legeringspoeder | -635 mesh | Ti, Al, V compositiebereiken | Interstitiële limieten |
| ISO 23301 | Additieve productie Ti-poeder | 10-45 micron | 99,5%+ Ti | O, N, C, H, Fe-limieten |
| AMS 4992 | Ti-6Al-4V-poeder van ruimtevaartkwaliteit | -150 mesh | Ti, Al, V compositiebereiken | Interstitiële limieten |
Deze definiëren aanvaardbare niveaus van legeringstoevoegingen, onzuiverheden zoals zuurstof/stikstof/koolstof, deeltjesgrootteverdelingen en andere testmethoden die relevant zijn voor verschillende toepassingen.
Wereldwijde leveranciers van Titaanpoeder
Veel grote bedrijven produceren titaniumpoeders samen met kleinere regionale fabrikanten:
Titanium poeder fabrikanten
| Leverancier | Productie methodes | Materialen | Mogelijkheden |
|---|---|---|---|
| ATI Metalen | Gasverneveling | Ti-6Al-4V, Ti-1023, zuiver Ti | Groot assortiment legeringen, grote volumes |
| Praxair | Gasverneveling | Ti-6Al-4V, CP Ti | Kleine partijen, snelle levering |
| Timmerman additief | Gasverneveling, hydride-dehydride | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, zuiver Ti | Aangepaste legeringen, kleine partijen |
| AP&C | Plasma-verneveling | CP Ti, Ti legeringen | Ultrafijn poeder van 10-45 micron |
| Tekna | Plasma sferoïdie | Ti-6Al-4V, CP Ti | Zet chips om in bolvormig poeder |
| Baoji Hanz-titanium | Hydriding | CP Ti, Ti-6Al-4V | Goedkope Chinese producent |
Velen leveren zowel standaard als aangepaste legeringssamenstellingen. Sommigen verzorgen de verwerking tegen betaling van schroot en spanen tot poeder.
Titaniumpoeder selecteren
De belangrijkste overwegingen bij het selecteren van titaniumpoeder zijn onder meer:
- Samenstelling van de legering – Brengt gewenste eigenschappen in evenwicht, zoals sterkte, ductiliteit en hardheid
- Zuiverheidsniveau – Beïnvloedt de mechanische eigenschappen en microstructuur
- Deeltjesgrootte en vorm – Beïnvloedt de poederstroom, dichtheid en oppervlakteafwerking
- Schijnbare dichtheid en tapdichtheid – Geeft de samendrukbaarheid en sinterreactie aan
- Chemische compatibiliteit – Voor gebruiksomstandigheden zoals zuren of zout water
- Bemonsteringsprocedures – Representatief testen van poederpartijen
- Kwaliteitscertificeringen – ISO 9001, AS9100, enz.
- Technische expertise van poederproducent
Monsters en prototypes helpen bij het kwalificeren van nieuwe legeringen en poeders voor een bepaalde toepassing. Werk nauw samen met gerenommeerde leveranciers om goed gekarakteriseerd titaniumpoeder te verkrijgen voor optimale resultaten.
FAQ
Wat is het voordeel van plasma-verstoven titaniumpoeder?
Plasmaverneveling produceert zeer bolvormige, vloeiende deeltjes met een grootte van doorgaans 10-45 micron. Dit maakt een uitstekende gesinterde dichtheid en oppervlakteafwerking mogelijk.
Wat zorgt ervoor dat titaniumpoeder pyrofoor is?
Pyrofore titaniumpoeders ontbranden spontaan in de lucht. Dit wordt veroorzaakt door extreem kleine deeltjesgroottes van minder dan 10 micron, waardoor het oppervlak en de reactiviteit aanzienlijk toenemen. Gebruik inert gas voor pyrofore poeders.
Hoe beïnvloedt de deeltjesvorm de eigenschappen van titaniumpoeder?
Bolvormig poeder vloeit goed en zorgt voor een hogere en uniformere dichtheid en mechanische eigenschappen. Onregelmatig poeder biedt betere groene sterkte en samendrukbaarheid, maar minder voorspelbare krimp.
Welke nabewerking kan het hergebruik van titaniumpoeder verbeteren?
Zeven, malen en thermische behandelingen maken hergebruik van off-spec poeders mogelijk. Plasma-sferoïdisatie zet spanen en grovere deeltjes om in bolvormige poedergrondstoffen.
Welke normen zijn van toepassing op de additieve productie van titaniumonderdelen?
ASTM F3001-14 omvat de karakterisering en kwaliteitscontrole van Ti-legeringspoeder voor AM. ASTM F2924-14 geeft standaardtestmethoden voor het evalueren van de mechanische eigenschappen van AM-titanium.
Kun je een composietstructuur van titanium en staal 3D-printen?
Ja, bij sommige 3D-printprocessen van metaal wordt binnen één onderdeel de overgang gemaakt tussen titanium- en roestvrijstalen legeringen door nauwkeurige materiaalwisseling om bimetaalcomponenten te bouwen.
Conclusie
Titaniumpoeder biedt ingenieurs een grote flexibiliteit bij het bouwen van hoogwaardige componenten dankzij de unieke eigenschappen van het metaal. Zorgvuldige selectie van poedereigenschappen en nauwe samenwerking met ervaren leveranciers zorgen voor optimale resultaten bij veel kritische toepassingen. Voortdurende vooruitgang blijft de mogelijkheden, kwaliteit en kosteneffectiviteit van titaniumpoedermetallurgische processen uitbreiden.
