Titan-Schwammpulver ist ein wichtiges Material, das als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Komponenten und Produkten aus Titanmetall verwendet wird. Dieser pulvermetallurgische Weg bietet mehrere Vorteile gegenüber der Gewinnung aus Mineralerzen. Dieser Artikel bietet einen Überblick über Titanschwamm, einschließlich seiner Zusammensetzung, wichtigsten Merkmale, Verarbeitungsmethoden, Anwendungen, Lieferanten und mehr.
Überblick über Titanschwammpulver
Titanschwamm ist die poröse Form von unlegiertem Titan, das als Rohstoff in der Pulvermetallurgie zur Herstellung von Titanmetallteilen verwendet wird. Er wird durch Reduktion von Titantetrachlorid (TiCl4) aus Mineralerzen mit Magnesium oder Natrium hergestellt.
Die Schwammteilchen haben eine große Oberfläche und eine hohe Reaktivität, so dass sie leicht in Pulver, Barren, Walzprodukte und Teile umgewandelt werden können, z. B. durch Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzen (VAR), heißisostatisches Pressen (HIP), additive Fertigung, Metallspritzguss und Pulverschmieden.
Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die Eigenschaften von Titanschwammpulver, Anwendungen, die weltweite Produktion, Preise und mehr.
Titanschwammpulver - Wichtige Details
| Parameter | Einzelheiten |
|---|---|
| Zusammensetzung | Unlegiertes Titan (>99% Titan) |
| Partikelform | Poröse, unregelmäßig geformte Schwammpartikel |
| Partikelgröße | Typischerweise <15 mm Größe |
| Reinheit | >=98%, kann bis zu 99,9% betragen |
| Dichte | 2,2 - 2,7 g/cc |
| Schmelzpunkt | 1668°C |
| Wichtige Eigenschaften | Geringe Dichte, hohe Festigkeit, hervorragende Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen |
| Wichtigste Anwendungen | Ausgangsmaterial für Titanmetallpulver, Mühlenprodukte, additive Fertigung |
| Weltweite Jahresproduktion | ~300.000 Tonnen, davon 75.000 Tonnen in den USA und 100.000 Tonnen in China |
| Kosten | ~$8-15 pro kg für CP-Ti-Schwamm |
Titanschwamm ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung von Titankomponenten mittels endformnaher und pulvermetallurgischer Verfahren im Vergleich zur traditionellen Barrenmetallurgie, die mehrere Schmelz-Fließ-Schweiß-Schritte mit hohem Materialabfall beinhaltet.
Im Folgenden werden die Zusammensetzung und die Eigenschaften von Titanschwammpulver genauer untersucht.
Zusammensetzung der Titan-Schwammpulver
Titanschwammpulver besteht aus porösen Aggregaten aus Titanmetall, die geringe Mengen an Verunreinigungen wie Chloride, Magnesium, Eisen, Silizium, Stickstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff enthalten. Hochreiner Schwamm mit geringem O- und N-Gehalt ist für kritische Luft- und Raumfahrtanwendungen erforderlich.
Titanschwamm-Zusammensetzung
| Element | Gewicht % |
|---|---|
| Titan (Ti) | 98 – 99.9% |
| Sauerstoff (O) | 0.08 – 0.45% |
| Stickstoff (N) | 0.02 – 0.15% |
| Kohlenstoff (C) | 0.04 – 0.16% |
| Eisen (Fe) | 0.15 – 0.5% |
| Chlorid (Cl) | 0.10 – 0.30% |
Die Norm ASTM International ASTM B837 spezifiziert die Anforderungen an den kommerziellen Reinheitsgrad von unlegiertem Titanschwamm auf der Grundlage des Schwammgrades wie folgt:
ASTM-Spezifikation für Titanschwamm-Güteklassen
| Klasse | Titan-Gehalt | Sauerstoffgehalt | Eisengehalt | Stickstoffgehalt |
|---|---|---|---|---|
| CP Ti Klasse 1 | 99.2% min | 0,40% max | 0,20% max | 0,03% max |
| CP Ti Klasse 2 | 98.9-99.5% | 0,25% max | 0,30% max | 0,05% max |
| CP Ti Klasse 3 | 98.3-99.2% | 0,35% max | 0,30% max | 0,05% max |
| CP Ti Klasse 4 | 97.75-99.2% | 0,40% max | 0,50% max | 0,05% max |
Schwammpulver mit höherem Reinheitsgrad und kontrolliert niedrigem O- und N-Gehalt ist für kritische Anwendungen wie Triebwerkskomponenten erforderlich. In diesem Fall werden Sorten mit 99,5%+ Titan wie Ti-6Al-4V Grade 5 oder Grade 23 spezifiziert.
Als Nächstes betrachten wir die wichtigsten Eigenschaften von Titanschwamm, die ihn zu einem hervorragenden technischen Material für verschiedene Branchen machen.
Eigenschaften von Titanschwammpulver
Titan wird wegen seiner einzigartigen Kombination aus geringer Dichte und hoher Festigkeit auch bei hohen Temperaturen über 500 °C geschätzt. Außerdem bietet es eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit in rauen Umgebungen.
Die wichtigsten Eigenschaften von Titanschwammpulver sind:
Eigenschaften von Titan-Metallschwamm
| Eigentum | Einzelheiten |
|---|---|
| Dichte | 4,5 g/cm3, fast die Hälfte des Wertes von Stahl und Nickellegierungen |
| Zugfestigkeit | 340-450 MPa für CP-Sorten, höher für Ti-Legierungen |
| Streckgrenze (Dehngrenze) | 170-380 MPa für Schwämme der Klasse CP |
| Schmelzpunkt | 1668 ± 10°C |
| Elastizitätsmodul | 100-115 GPa, niedriger als Stahl |
| Poissonsche Zahl | 0.32-0.34 |
| Koeffizient der thermischen Ausdehnung | 8,5 x 10-6 /K (20-100°C) |
| Wärmeleitfähigkeit | 6,7-21 W/m.K bei 20°C |
| Elektrischer Widerstand | 420-470 nΩ.m bei 20°C |
| Magnetismus | Nicht-magnetisch |
| Korrosionsbeständigkeit | Ausgezeichnet durch eine schützende Oxidschicht |
| Biokompatibilität | Hochgradig bioinertes Material |
Die Kombination aus geringem Gewicht, hoher Festigkeit bei niedrigen und hohen Temperaturen sowie Korrosions- und Hitzebeständigkeit macht Titan unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Industrie, der Energieerzeugung, der Automobilindustrie, der Schifffahrt und der Biomedizin unverzichtbar.
Im Folgenden werden einige der wichtigsten Anwendungen und Verwendungszwecke von Titanschwammpulver in verschiedenen Branchen untersucht.
Anwendungen von Titan-Schwammpulver
Zu den wichtigsten industriellen Anwendungen von Titanschwamm gehören die folgenden Bereiche:
Anwendungen von Titanschwammpulver
| Sektor | Anwendungen |
|---|---|
| Luft- und Raumfahrt | Komponenten von Strahltriebwerken und Flugzeugzellen, Schaufeln, Befestigungselemente, Fahrwerke |
| Stromerzeugung | Komponenten für Dampf- und Gasturbinen, Wärmetauscher |
| Chemische Verarbeitung | Tanks, Behälter, Wärmetauscher, Rohrleitungen, Pumpen |
| Marine | Komponenten für Schiffe, U-Boote, Offshore-Plattformen |
| Automobilindustrie | Pleuelstangen, Ventile, Federn, Befestigungselemente, Auspuffanlagen |
| Biomedizinische | Implantate, Prothesen, chirurgische Instrumente, Geräte |
| Erdöl | Bohrstränge, Komponenten des Bohrlochkopfsystems |
| Sportartikel | Golfschläger, Tennisschläger, Fahrräder |
| Militär | Flugzeuge, Schiffe, Rüstungsgüter |
| Entsalzung | Wärmetauscher, Druckbehälter, Rohre |
Die Verwendung von Titan wächst weiterhin mit einer CAGR von 8-10% in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der chemischen Verarbeitung, der Energieerzeugung und der Meerwasserentsalzung. Es wird prognostiziert, dass die Marktnachfrage von derzeit 300.000 Tonnen bis zum Jahr 2030 auf rund 575.000 Tonnen ansteigen wird.
Schauen wir uns die verschiedenen Produktformen an, die aus Titanschwammpulver hergestellt werden.
Arten und Formen von Titanpulver
Titan-Metallpulver und -Walzprodukte werden aus Schwamm-Rohmaterial durch Verfahren wie Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzen (VAR), heißisostatisches Pressen (HIP), additive Fertigung (AM), Metall-Spritzguss (MIM) und andere hergestellt.
Aus Schwamm gewonnene Titanpulverprodukte
| Formular | Einzelheiten |
|---|---|
| Hydrid-Dehydrid (HDH)-Pulver | Unregelmäßig geformtes Pulver mit einer Größe von <150 μm |
| Gasverdüstes kugelförmiges Pulver | Sphärische 15-150 μm Größe für AM |
| Legierte vorlegierte Pulver | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo usw. |
| VAR-Blöcke, Knüppel | Umgeschmolzene Rohblöcke und Kneterzeugnisse |
| HIP-Produkte der Pulvermetallurgie | Maßgeschneiderte endkonturnahe Teile |
| Ausgangsmaterial für das Metall-Spritzgießen | Pulver für das MIM-Verfahren |
| Pulvergeschmiedete Pleuelstangen | Automobil- und Schiffsanwendungen |
| Ausgangsmaterial für die additive Fertigung | Laser-Pulverbett, Laser-Direktbeschichtung |
Diese Walzprodukte werden zu fertigen Komponenten und Endprodukten für verschiedene Industriezweige weiterverarbeitet.
Als Nächstes untersuchen wir den Herstellungsprozess und die Aspekte der Lieferkette von Titanmetallschwammpulver.
Herstellungsprozess von Titanschwamm
Titanschwammpulver wird kommerziell durch Reduktion von Titantetrachlorid (TiCl4) mit Natrium oder Magnesium unter strenger Prozesskontrolle hergestellt. TiCl4 selbst wird hergestellt
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Die grundlegenden Schritte zur Herstellung von Titanschwämmen sind:
Herstellungsverfahren für Titanschwamm
- Gewinnung von Titandioxid (TiO2) aus Mineralerzen
- Umwandlung von TiO2 in Titantetrachlorid (TiCl4) nach dem Chloridverfahren
- TiCl4 mit Magnesium/Natrium unter Vakuum bei 800-850°C reduzieren
- Diffundieren Sie die Salze aus und kondensieren Sie Reintitan
- Verarbeitung des porösen Titanschwamms durch Zerkleinern, Reinigen und Sieben
Die Titan-Schwammpulver ist hochreaktiv und pyrophor. Daher wird es unter inerten Atmosphären wie Argon gehandhabt und gelagert, um Entzündungs- und Explosionsgefahren zu vermeiden.
Die porösen, unregelmäßig geformten Schwammteilchen haben ein sehr hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was eine effiziente Entgasung, Verdichtung und Legierung während der nachfolgenden Schmelz- und Pulverkonsolidierungsschritte ermöglicht.
Etwa 75% der Titanschwammproduktion werden zur Herstellung von Titanmühlenprodukten verwendet. Die restlichen 25% werden zur Herstellung von Titanpulver für die additive Fertigung und für pulvermetallurgische Anwendungen verwendet.
Weltweite Produktion und führende Lieferanten
Derzeit liegt die weltweite Produktion von Titanschwamm bei etwa 300.000 Tonnen jährlich. Die geografische Verteilung konzentriert sich auf die USA und China, auf die fast 60% der Weltproduktion entfallen.
Einige der wichtigsten Hersteller von Titanschwämmen weltweit sind:
Wichtige Hersteller von Titanschwämmen
| Unternehmen | Standort | Kapazität |
|---|---|---|
| VSMPO-Avisma | Russland | 52.000 mt |
| West-Titan | USA | 30.000 mt |
| Toho Titan | Japan | 20.000 mt |
| UKTMP JV | Kasachstan | 30.000 mt |
| Nordwest-Institut für NTM | China | 20.000 mt |
| ZTMC | China | 15.000 mt |
Die USA haben aufgrund strategischer Bedenken im Luft- und Raumfahrtsektor Beschränkungen für Titanausfuhren nach Russland und China vorgeschlagen. Dies könnte zu einer Umstrukturierung der Lieferketten führen und Produktionserweiterungen in anderen Regionen fördern.
Insgesamt wird weltweit mit einem Anstieg der installierten Kapazität gerechnet, was Wachstumschancen für Titanschwammhersteller und -händler bietet, die verschiedene Anwenderindustrien bedienen.
Kostenanalyse und Preistrends
Titan-Schwammpulver Die Preise schwanken in einer Spanne von $8-16 pro kg, abhängig von der gelieferten Menge, der Sorte/Qualität, der geografischen Lage, den Lieferfristen, langfristigen Verträgen und anderen kommerziellen Faktoren.
Titanschwamm Preisspanne
| Klasse | Preis pro kg |
|---|---|
| CP Klasse 1 | $8 – 12 |
| CP Klasse 2 | $10 – 14 |
| CP Klasse 3 | $12 – 15 |
| CP Klasse 4 | $10 – 16 |
| Ti 6Al-4V Güteklasse 5, Güteklasse 23 | $14 – 20 |
Aufgrund der starken Nachfrageerholung in der Luft- und Raumfahrt und anderen Sektoren nach der Pandemie sowie der steigenden Energie-, Rohstoff- und Logistikkosten stiegen die Preise 2022 stark an.
Ab Mitte 2023 wird jedoch mit einer gewissen Entspannung gerechnet, da die weltweite Schwammkapazität steigt. Die Gesamtaussichten für die Branche bleiben positiv, da die Nachfrage nach Titanschwamm in den nächsten zehn Jahren mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 6-8% stetig steigen wird.
FAQs
Q. Was ist ein Titanschwamm?
Titanschwamm ist eine poröse Form von hochreinem Titanmetall in Pulverform, das als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Titanmühlenprodukten, -pulvern und -teilen in verschiedenen Branchen verwendet wird.
Q. Wie wird Titanschwammpulver hergestellt?
Es wird kommerziell durch Reduktion von Titantetrachlorid (TiCl4) aus Mineralerzen mit Magnesium oder Natriummetall unter streng kontrollierten Bedingungen hergestellt.
Q. Was sind die Anwendungen von Titan-Schwamm?
Haupteinsatzgebiete sind Triebwerke und Flugzeugzellen für die Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugungsanlagen, Chemieanlagen, Schiffsbauteile, biomedizinische Implantate und Geräte. Es dient Industrien, die hochfeste, leichte und korrosionsbeständige Metallkomponenten benötigen.
Q. Was sind die Vorteile von Titan gegenüber Stahl?
Im Vergleich zu Stahl bietet Titan ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, überlegene Hochtemperatureigenschaften, nicht-magnetisches Verhalten und eine viel bessere Korrosionsbeständigkeit, was anspruchsvollen Anwendungen zugute kommt.
Q. Wer sind die führenden Hersteller von Titanschwamm?
Zu den weltweit führenden Herstellern gehören VSMPO-Avisma, Western Titanium, Toho Titanium, UKTMP JV, Northwest Institute of NTM, ZTMC mit Kapazitäten von derzeit 15.000 bis 50.000 Tonnen pro Jahr.
Q. Was ist die Preisspanne für Titanschwamm pro kg?
Die Preise schwanken zwischen $8-16 pro kg, je nach Sorte, Auftragsgröße, geografischer Lage, Lieferplan und anderen kommerziellen Faktoren. Mehrjährige Verträge wirken sich auch auf die effektiv erzielten Preise für Käufer und Verkäufer aus.
