Übersicht
Sphärisches Titanpulver ist eine Form von Titanmetallpulver, das so verarbeitet wurde, dass es eine kugelförmige Morphologie aufweist. Es zeichnet sich durch seine hohe Sphärizität, glatte Oberfläche, kontrollierte Partikelgrößenverteilung und gute Fließfähigkeit aus.
Zu den wichtigsten Eigenschaften und Details von kugelförmigem Titanpulver gehören:
Typen
- Reines Titanpulver
- Pulver aus Titanlegierungen (Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, usw.)
Produktionsmethoden
- Gaszerstäubung
- Verfahren mit rotierenden Plasmaelektroden (PREP)
- Elektroden-Induktions-Schmelzgaszerstäubung (EIGA)
Partikelgrößenbereich
- 15-45 Mikrometer
- 45-100 Mikrometer
- 106-250 Mikrometer
Typische Verwendungen
- 3D-Druck-Pulver
- Metall-Spritzgießen
- Thermisches Spritzen
- Herstellung von Teilen aus Titan
Wesentliche Merkmale
- Hohe Sphärizität (>90%)
- Kontrollierte Partikelgrößenverteilung
- Gute Fließfähigkeit
- Hohe Reinheit
- Geringere Oberfläche im Vergleich zu unregelmäßigen Pulvern
Arten von Sphärisches Titan-Pulver
Es gibt zwei Hauptkategorien von sphärischem Titanpulver, die auf der Zusammensetzung beruhen:
Tabelle 1: Arten von kugelförmigem Titanpulver
| Typ | Beschreibung |
|---|---|
| Reines Titan | 99,5% Titan mit niedrigem Sauerstoff- und Eisengehalt |
| Titan-Legierungen | Titan in Kombination mit Aluminium + Vanadium, Niob, usw. |
Reintitan-Pulver
Reines kugelförmiges Titanpulver enthält mindestens 99,5% Titan mit Höchstwerten für Sauerstoff und Eisen. Es hat den höchsten Titangehalt im Vergleich zu Titanlegierungen.
Typische Zusammensetzung:
- Titan: mindestens 99,5%
- Sauerstoff: maximal 2000 ppm
- Eisen: maximal 3000 ppm
Es bietet Eigenschaften, die denen von reinem Titan nahe kommen - hohe Festigkeit, geringe Dichte, Korrosionsbeständigkeit. Es wird verwendet, wenn eine hohe chemische Reinheit erforderlich ist.
Pulver aus Titanlegierungen
Die gebräuchlichsten Titanlegierungspulver sind Ti-6Al-4V und Ti-6Al-7Nb mit Zusätzen von Aluminium, Vanadium oder Niob. Andere Legierungen werden auch mit Elementen wie Molybdän, Zirkonium und Zinn hergestellt.
Vorteile von Legierungen:
- Erhöhte Stärke
- Höhere Temperaturbeständigkeit
- Verbesserte Korrosionsbeständigkeit
Legierungspulver erweitern den Anwendungsbereich über Reintitanpulver hinaus.
Produktionsmethoden für kugelförmiges Pulver
Für die Herstellung von kugelförmigem Titanpulver mit kontrollierter Partikelgröße werden im Handel verschiedene Gasverdüsungstechniken eingesetzt:
Tabelle 2: Herstellungsverfahren für kugelförmiges Titanpulver
| Methode | Grundsatz | Partikelgröße* |
|---|---|---|
| Gaszerstäubung | Zertrümmerung des geschmolzenen Stroms durch Gasdüsen | 15-106 μm |
| Plasma-Rotationselektrode (PREP) | Zentrifugaler Aufschluss von geschmolzenem Metall | 15-45 μm |
| Elektroden-Induktions-Gaszerstäubung (EIGA) | Induktionsschmelzen + Gaszerstäubung | 15-250 μm |
Typische produzierte Größenbereiche
Bei der Gaszerstäubung werden Hochgeschwindigkeits-Inertgasstrahlen wie Argon oder Stickstoff verwendet, um einen geschmolzenen Strom von Titanmetall in feine Tröpfchen aufzubrechen, die sich zu Pulver verfestigen. Dabei entstehen kugelförmige Partikel mit glatten Oberflächen, die auf die Oberflächenspannung zurückzuführen sind.
PREP und EIGA sind Varianten, die eine bessere Kontrolle, engere Größenverteilungen und eine Formoptimierung bieten.
Spezifikationen
Sphärisches Titanpulver ist in verschiedenen Größenklassen erhältlich, die nach dem Partikeldurchmesser eingeteilt sind. Zu den gängigen Maschenweiten gehören:
Tabelle 3: Spezifikationen der Partikelgröße
| Größenklassifizierung | Maschenweite | Partikeldurchmesser |
|---|---|---|
| Klein | -325 Maschen | <45 μm |
| Mittel | 140-325 Maschen | 45-100 μm |
| Groß | +100 Maschen | >106 μm |
Andere Parameter, die zur Spezifizierung von Pulvern verwendet werden:
- Sphärizität: >90% gibt an, wie kugelförmig die Partikel sind
- Klopfdichte: 2,2-3,5 g/cm3 gibt die Packungsdichte an
- Hausner-Verhältnis: <1,25 zeigt Fließfähigkeit an
- Scheinbare Dichte: Bereich auf der Grundlage der Zusammensetzung
- Durchflussmenge: Messung des Massendurchflusses durch einen Trichter
Zu den Normen, die für die Spezifikation von Pulvern verwendet werden, gehören ASTM B819, ASTM F3049, EN 10204/3.1.
Anwendungen von Sphärisches Titan-Pulver
Die kontrollierte Partikelgrößenverteilung und die kugelförmige Morphologie bieten bestimmte Vorteile, die die Einsatzmöglichkeiten von Titanpulver erweitern:
Tabelle 4: Typische Anwendungen von sphärischem Titanpulver
| Bereich | Vorteile |
|---|---|
| 3D-Druck | Ausgezeichnete Fließfähigkeit, Packungsdichte für die additive Fertigung |
| Metall-Spritzgießen | Ermöglicht die Herstellung komplexer Net-Shape-Teile |
| Thermisches Spritzen | Verbessert die Beschichtungsdichte und die Abscheidungseffizienz |
| Pulvermetallurgie | Erleichtert die Herstellung von Titanteilen wie Befestigungselementen und Zahnrädern |
| Biomedizinische | Verbessert die Eigenschaften von Oberflächenbeschichtungen für Implantate |
| Luft- und Raumfahrt | Wird zur Reparatur von Triebwerksteilen durch heißisostatisches Pressen verwendet |
Der Hauptvorteil von kugelförmigem Pulver besteht darin, dass es die automatische Materialhandhabung besser erleichtert als unregelmäßiges Pulver. Dies ermöglicht die Herstellung von Titankomponenten in annähernd natürlicher Form.
Lieferanten und Preisgestaltung
Sphärisches Titanmetallpulver wird von verschiedenen führenden Herstellern verkauft:
Tabelle 5: Die wichtigsten Lieferanten von sphärischem Titanpulver
| Unternehmen | Produktionsmethoden |
|---|---|
| AP&C | Gaszerstäubung |
| Tischlertechnik | Elektroden-Induktionsschmelzen |
| Sandvik | Plasma-Zerstäubung |
| TLS Technik | Gaszerstäubung |
| Tekna | Plasma-Induktion |
Kostenvoranschlag:
- Reintitan: $50-100 pro kg
- Titan-Legierungen: $70-150 pro kg
Die Preise variieren je nach Bestellmenge, Pulversorte, Partikelgrößenbereich sowie Marktnachfrage und Angebotsökonomie.
Vor- und Nachteile von kugelförmigem Titanpulver
Tabelle 6: Vergleich der Vor- und Nachteile
| Vorteile | Benachteiligungen |
|---|---|
| Ausgezeichnete Fließfähigkeit für die Automatisierung | Höhere Kosten als andere Formen |
| Hohe Packungsdichte | Begrenzte Verfügbarkeit sehr großer Formate |
| Kontrollierte Partikelgrößenverteilung | Erfordert kontrollierte inerte Atmosphäre |
| Fähigkeit zur Herstellung von nahezu netzförmigen Strukturen | Reaktiv bei hohen Temperaturen |
| Gut mischbar mit anderen Pulvern | Staubexplosionsgefahr muss beherrscht werden |
| Erzielt Materialeigenschaften, die der Masse näher kommen |
Während kugelförmiges Titanpulver ermöglicht eine größere Prozessflexibilität, erfordert aber auch Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung zum Schutz vor Entzündung oder Explosion. Die Kosten sind höher als bei anderen Formen wie Feinschwamm.
FAQs
Wie hoch ist der typische Reinheitsgrad von kugelförmigem Titanpulver?
Bei Reintitanpulvern liegt der Reinheitsgrad bei einem Mindesttitangehalt von 99,5% gemäß den ASTM-Normen. Bei Legierungen wie Ti-6Al-4V liegt der Titangehalt bei über 90% mit spezifischen Bereichen für andere Elemente.
Welcher Größenbereich ist für die additive Fertigung am besten geeignet?
Für die meisten Titanpulver-Bettfusionsverfahren liegt der ideale Partikelgrößenbereich zwischen 45 und 100 Mikrometern. Kleinere Größen haben einen schlechten Fluss, während größere Größen die Auflösung beeinträchtigen. Normen wie ASTM F3049 enthalten Spezifikationen.
Beeinflusst die Kugelform die Eigenschaften der gedruckten Teile?
Ja, kugelförmige Partikel ergeben Drucke mit höherer Dichte und besserer Bindung zwischen den Partikeln, was zu besseren mechanischen Eigenschaften führt. Die Teile können Eigenschaften erreichen, die denen von massivem Titan nahe kommen.
Wie hoch ist die typische Produktionskapazität für kugelförmiges Titanpulver?
Die Kapazitäten der führenden Hersteller von sphärischem Titanpulver reichen derzeit von einigen hundert Tonnen pro Jahr bis zu über 2000 Tonnen pro Jahr. Es wird erwartet, dass die Kapazitäten erheblich ausgeweitet werden, um dem Wachstum der Metall-AM zu entsprechen.
Wie wird der Preis für kugelförmiges Titanpulver bestimmt?
Die Preisgestaltung hängt von der Zusammensetzung des Pulvers, dem Partikelgrößenbereich, der Produktionsmethode, dem Auftragsvolumen und den Marktbedingungen ab. Kleinere Größen (<45 μm) sind in der Regel 20-30% teurer als größere Größen, da die Verarbeitung schwieriger und die Nachfrage größer ist.
Schlussfolgerung
Sphärisches Titanpulver hat gegenüber anderen Formen von Titanpulvern deutliche Vorteile in Bezug auf Fließfähigkeit, Packungsdichte und Wiederholbarkeit bei der automatisierten Pulververarbeitung. Dies ermöglicht die Herstellung von nahezu endkonturierten Bauteilen mit hervorragenden Eigenschaften.
Verschiedene Gaszerstäubungstechniken ermöglichen die maßgeschneiderte Herstellung von Titanlegierungen und Partikelgrößenverteilungen für Herstellungsverfahren wie den 3D-Metalldruck, die auf der Pulverbettschmelztechnologie basieren.
Trotz höherer Preise führen die Vorteile der sphärischen Morphologie zu einer zunehmenden Verbreitung in allen Branchen, um die Anwendungsmöglichkeiten von Titanmetall über die konventionelle Verarbeitung hinaus zu erweitern. Die Entwicklung geht weiter und verbessert die Größenverteilung und die Legierungszusammensetzung, um die Eigenschaften weiter zu verbessern.
