Genel Bakış
Titanyum metal tozu çeşitli imalat uygulamalarında kullanılan ince taneli bir titanyum metal formudur. Mükemmel mukavemet-ağırlık oranı, korozyon direnci ve biyouyumluluk sunarak havacılık ve uzay bileşenlerinde, tıbbi implantlarda, spor ekipmanlarında, otomotiv parçalarında ve daha fazlasında kullanım için uygun hale getirir.
Titanyum tozu, erimiş titanyumun atomizasyonu, titanyum bileşiklerinin elektrolizi ve titanyum cevherlerinin doğrudan indirgenmesi gibi farklı yöntemlerle üretilebilir. Tozun özellikleri ve performansı, üretim tekniğinin yanı sıra işleme sonrası işlemlere de bağlıdır. Titanyum tozunun kalitesini ve kullanılabilirliğini tanımlayan kritik özellikler arasında parçacık boyutu dağılımı, morfoloji, toz akışkanlığı, görünür yoğunluk ve safsızlık seviyeleri bulunur.
Türleri Titanyum Metal Tozu
| Tip | Üretim Yöntemi | Parçacık Boyutu | Morfoloji | Görünür Yoğunluk | Akışkanlık | Uygulamalar |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Atomize | Erimiş titanyumun gaz veya plazma atomizasyonu | 10 - 250 μm | Küresel, tanecikli | 2,2 - 3,8 g/cc | İyi | Katmanlı üretim, MIM |
| Hidrür-dehidrit (HDH) | Titanyum hurdasının hidrojenasyonu ve dehidrojenasyonu | <250 μm | Düzensiz, süngerimsi | 1 - 2,5 g/cc | Zayıf | Metal enjeksiyon kalıplama |
| Dönen elektrot işlemi | Titanyum bileşiklerinin elektrolizi | 5 - 150 μm | Dendritik | 2 - 3 g/cc | Adil | Katmanlı üretim |
| Alüminotermik indirgeme | Alüminyum ile kimyasal indirgeme | 50 - 500 μm | Düzensiz, gözenekli | 1,5 - 3 g/cc | Adil | Refrakter metalizasyon |
Atomize titanyum tozu iyi akış ve paketleme özelliklerine sahip morfolojide küreseldir. Zorlu katkılı üretim ve metal enjeksiyon kalıplama uygulamaları için uygundur.
Hidrit-dehidrit tozu atomize toza kıyasla daha düşük yoğunluğa ve zayıf akışa sahiptir. Düşük maliyeti nedeniyle ağırlıklı olarak metal enjeksiyon kalıplama için kullanılır.
Dönen elektrot işlem tozu yüksek sinterlenmiş yoğunluk sağlayan benzersiz dendritik partiküllere sahiptir. Elektron ışını eritme gibi eklemeli üretim yöntemlerinde kullanılır.
Titanyum Metal Tozunun Bileşimi
Titanyum metal tozları, ASTM standartlarına göre oksijen ve demir içeriğine dayalı olarak genel olarak dört sınıfa ayrılır:
| Sınıf | Oksijen (wt%) | Demir (wt%) | Diğer Unsurlar |
|---|---|---|---|
| 1. Sınıf | 0.18 | 0.20 | N, C, H |
| 2. Sınıf | 0.25 | 0.30 | N, C, H |
| 3. Sınıf | 0.35 | 0.30 | N, C, H |
| 4. Sınıf | 0.40 | 0.50 | N, C, H |
Titanyum tozundaki ana alaşım elementleri şunları içerir:
- Alüminyum (Al) - Mukavemeti ve ısıl işlem uygulanabilirliği artırır
- Vanadyum (V) - Mukavemeti ve sünekliği artırır
- Kalay (Sn) - Sürünme direncini artırır
- Zirkonyum (Zr) - Tahılları rafine eder
Azot, karbon, hidrojen ve demir gibi eser elementlerin de mekanik özellikler üzerinde önemli etkileri vardır. Optimum performans elde etmek için kimyasal bileşim üzerinde sıkı kontrol gereklidir.
Titanyum Metal Tozunun Özellikleri
| Mülkiyet | Değer | Önem |
|---|---|---|
| Yoğunluk | 4,5 g/cm3 | Çelik ve nikel alaşımlarından daha düşük |
| Erime noktası | 1660°C | Yüksek sıcaklıklarda gücünü korur |
| Güç | 900 - 1200 MPa | Alüminyumdan daha güçlü |
| Elastik modül | 100 - 120 GPa | Çelikten daha düşük modül |
| Uzama | 15 – 25% | İyi süneklik |
| Korozyon direnci | Mükemmel | Koruyucu oksit tabakası nedeniyle |
| Biyouyumluluk | Mükemmel | Tıbbi implantlar için uygundur |
| Termal iletkenlik | 7 - 16 W/m.K | Alüminyum ve çelikten daha düşük |
Bitmiş titanyum bileşenlerin özellikleri, toz özelliklerinin yanı sıra parçaların nasıl üretildiğine de bağlıdır. Gözeneklilik, yüzey kalitesi, ısıl işlem vb. büyük bir etkiye sahiptir.
Titanyum metalinin temel avantajları arasında yüksek özgül mukavemet, korozyon direnci, yorulma ömrü ve biyouyumluluk yer alır. Sınırlamalar, toz işleme ve işleme için inert atmosferler gerektiren yüksek sıcaklıklarda yüksek reaktiviteyi içerir. Titanyum alaşımlarının işlenmesi, işleme sırasında lokal ısınmaya neden olan düşük termal iletkenlik nedeniyle diğer metallere kıyasla daha zor olabilir.
Uygulamaları Titanyum Metal Tozu
| Uygulama | Örnekler | Gerekli Toz Özellikleri |
|---|---|---|
| Katmanlı üretim | Havacılık ve uzay bileşenleri, ortopedik implantlar | Küresel morfoloji, 100 μm'nin altında kontrollü partikül boyutu dağılımı, yüksek saflık |
| Metal enjeksiyon kalıplama | Diş implantları, bağlantı elemanları | Bağlayıcı karıştırma için uygun 25 μm'nin altında düzensiz toz |
| Refrakter metalizasyon | Metal yüzeyler üzerine titanyum kaplamalar | 5 μm'den 500 μm'ye kadar geniş toz boyutu aralığı |
| Toz metalurjisi | Bağlantı çubukları, tahrik milleri | Oksijen ve nitrojen içeriği üzerinde sıkı kontrol, iyi sıkıştırılabilirlik ve sinterlenebilirlik |
| Termal sprey kaplamalar | Denizcilik uygulamaları için koruyucu kaplamalar | Optimize edilmiş partikül boyutu dağılımına sahip özel plazma sprey sınıfı toz |
| Piroteknik | İşaret fişekleri, patlayıcılar | Metal yakıt formülasyonları için uygun 150 μm'nin üzerinde daha kaba toz |
Katmanlı üretimde iyi çözünürlük ve mekanik özellikler elde etmek için 100 mikronun altındaki ince tozlar tercih edilir. Preslenmiş ve sinterlenmiş uygulamalar için küresel morfoloji optimum yoğunluk sağlarken, metal enjeksiyon kalıplama hammaddeleri için düzensiz partiküller tercih edilir.
Titanyum Metal Tozu için Özellikler
Farklı titanyum tozu kaliteleri için ASTM standartları:
| Standart | Açıklama | Kapsanan Sınıflar |
|---|---|---|
| ASTM B849 | MIM için ön alaşımlı titanyum tozu standardı | 1. sınıftan 4. sınıfa kadar |
| ASTM B981 | Termal sprey kaplamalar için titanyum alaşımları standardı | 1. ve 2. Sınıf |
| ASTM B983 | MIM için titanyum hidrür-dehidrür tozu standardı | 1. sınıftan 4. sınıfa kadar |
Diğer titanyum tozu özellikleri:
| Parametre | Tipik Değerler | Test Yöntemleri |
|---|---|---|
| Parçacık boyutu dağılımı | 10 μm ila 150 μm | Lazer kırınımı, elek analizi |
| Görünür yoğunluk | 1 ila 4 g/cc | Hall akış ölçer, Scott volümetre |
| Musluk yoğunluğu | 70 ila 80% gerçek katı yoğunluk | ASTM B527 |
| Toz morfolojisi | Küresel, granüler, sünger, dendritik | SEM, optik mikroskopi |
| Akış hızı | 25 ila 35 sn/50 g | Hall akış ölçer |
| Ateşleme sırasında kayıp | 0,1 ila 2 wt% | ASTM E1019 |
| Artık hidrojen | 100 ila 500 ppm | LECO inert gaz füzyonu |
Tedarikçiler Titanyum Metal Tozu
| Tedarikçi | Üretim Yöntemi | Toz Sınıfı | Parçacık Boyutu |
|---|---|---|---|
| AP&C | Plazma atomizasyonu | 1, 2, 5. Sınıflar | 10 ila 45 μm |
| TLS Technik | Gaz atomizasyonu | 23. Sınıf | 45 ila 150 μm |
| AMETEK | Dönen elektrot | 2. Sınıf | 5 ila 63 μm |
| Puris | Hidrit-dehidrit | 2. Sınıf | 150 μm'ye kadar |
Titanyum metal tozu için gösterge niteliğinde fiyatlandırma:
| Sınıf | Fiyatlandırma ($/kg) |
|---|---|
| 1. Sınıf | 50 ila 150 |
| 2. Sınıf | 40 ila 100 |
| 5. Sınıf | 250 ila 500 |
Toplu indirimler 100 kg üzerindeki büyük siparişler için mevcut olabilir. Gerçek fiyatlandırma miktara, kalite gereksinimlerine, teslim süresine vb. bağlı olarak değişir.
Titanyum Tozu Üretim Yöntemlerinin Karşılaştırılması
| Parametre | Gaz Atomizasyonu | Plazma Atomizasyonu | HDH Süreci | Dönen Elektrot |
|---|---|---|---|---|
| Morfoloji | Granüler, küresel | Son derece küresel | Sünger, düzensiz | Dendritik |
| Oksijen Toplama | Orta düzeyde | Düşük | Yüksek | Düşük |
| Verim | Orta düzeyde | Düşük | Yüksek | Orta düzeyde |
| Maliyet | Orta düzeyde | Yüksek | Düşük | Orta düzeyde |
| Tipik Uygulamalar | AM, MIM | AM, havacılık ve uzay | MIM | AM |
Tek bir üretim yöntemi en iyi kalite ve ekonomi dengesini sunmaz. Çoğu üretici tek bir teknolojide uzmanlaşmıştır ve çeşitli uygulamaları hedefleyen farklı kaliteler sunmaktadır. Toz kalitesi ve tekrarlanabilirlik zorlu uygulamalar için kritik önem taşırken, yüksek hacimli ürünler için maliyet daha büyük bir itici faktördür.
SSS
S: 1, 2, 3 ve 4. sınıf titanyum tozu arasındaki fark nedir?
C: Kaliteler, izin verilen oksijen ve demir içeriğine göre farklılık gösterir. Sınıf 1 en düşük oksijen seviyelerine sahipken, sınıf 4 daha yüksek safsızlık seviyelerine izin verir. Düşük kaliteler üstün mekanik özellikler sağlarken, yüksek kaliteler maliyeti düşürür.
S: Katmanlı üretim için hangi partikül boyutunda titanyum tozuna ihtiyacım var?
C: Çoğu AM süreci için optimum partikül boyutu aralığı 10 ila 45 mikrondur. 100Copy mikronun altındaki daha ince tozlar iyi çözünürlük ve mekanik özellikler sağlar. Ancak, 10 μm'nin altındaki son derece ince partiküllerin katmanlama sırasında eşit olarak yayılması zor olabilir. Ayrıca aglomerasyon sorunlarına daha yatkındırlar.
S: Titanyum tozu tehlikeli midir?
C: Titanyum tozu belirli koşullar altında tutuşabilir ve patlama tehlikesine neden olabilir. İnce titanyum tozları, özellikle hidrit tozları, oldukça yanıcıdır. Titanyum tozunun taşınması argon veya nitrojen kullanılan inert gaz ortamları gerektirir. Depolama kapları uygun topraklamaya sahip olmalıdır. İşçiler titanyum tozlarıyla çalışırken toz solumaya ve ciltle temasa karşı önlem almalıdır.
S: Titanyum tozu nasıl üretilir?
C: Dört ana üretim yöntemi vardır:
- Gaz atomizasyonu: Erimiş titanyum akışı, toz halinde katılaşan damlacıklara ayrılır
- Plazma atomizasyonu: Plazmadan gelen son derece yüksek ısı titanyumu hızla eritir ve katılaştırır
- HDH süreci: Titanyum hurdası, hidrojen absorpsiyon ve desorpsiyon döngüleri kullanılarak işlenir
- Dönen elektrot: Titanyum çubukların anodik çözünmesi elektrolitik reaksiyonlar yoluyla toz oluşturur
Her işlem, çeşitli uygulamalara uygun farklı özelliklere sahip toz ile sonuçlanır.
S: Titanyum tozunun fiyatı nedir?
C: Titanyum tozu, sınıf, kalite, sipariş hacmi vb. bağlı olarak kg başına $40 ila $500 arasında değişebilir. Küresel sınıf 1 ve 2 toz, küçük miktarlar için $100/kg civarında orta fiyatlıdır. Havacılıkta kullanılan özel alaşımların fiyatı $500/kg'a kadar çıkabilir. Hidrit-dehidrit ve daha yüksek sınıf 4 toz, endüstri alıcıları için $50/kg'a yakın daha ucuz seçeneklerdir.
