Ikhtisar
Serbuk titanium adalah bahan logam serbaguna yang dihargai karena kombinasi uniknya antara kekuatan tinggi, kepadatan rendah, ketahanan terhadap korosi, dan biokompatibilitas. Sebagai bubuk, titanium memfasilitasi teknik manufaktur tingkat lanjut seperti pencetakan injeksi logam (MIM), manufaktur aditif (AM), pengepresan isostatik panas (HIP), dan pengepresan metalurgi serbuk (PM) serta sintering untuk membuat komponen titanium yang kompleks.
Aplikasi utama untuk serbuk titanium meliputi komponen kedirgantaraan, implan medis, suku cadang otomotif, peralatan olahraga, pemrosesan kimia, dan produk konsumen. Panduan ini memberikan gambaran umum yang komprehensif tentang serbuk titanium, termasuk metode produksi, komposisi paduan, karakteristik, sifat, spesifikasi, aplikasi, dan pemasok global. Panduan ini bertujuan untuk membantu para insinyur, perancang produk, dan manajer program teknis dalam memilih dan menggunakan bubuk titanium.
Produksi Bubuk Titanium
Serbuk titanium diproduksi dengan menggunakan metode utama berikut ini:
Metode Produksi Bubuk Titanium
- Atomisasi Gas - Gas inert bertekanan tinggi menghancurkan titanium cair menjadi bubuk bulat
- Atomisasi Plasma - Busur elektroda titanium menghasilkan bubuk bulat yang sangat halus
- Hidridasi / Dehidridasi - Serbuk titanium hidrida (TiO2) didehidridasi menjadi serbuk halus
- Penggilingan Mekanis - Penggilingan bola memecah serpihan titanium menjadi partikel yang tidak beraturan
- Spheroidisasi plasma - Serbuk tak beraturan yang dilebur dalam plasma untuk menghasilkan bentuk bulat
Atomisasi gas dan penggilingan mekanis adalah yang paling umum, masing-masing menciptakan bentuk bubuk bulat dan bersudut. Penyaringan, pengkondisian, dan pencampuran tambahan menciptakan distribusi ukuran partikel yang spesifik untuk aplikasi tertentu.
Komposisi Bubuk Titanium
Sementara secara komersial murni bubuk titanium tersedia, sebagian besar serbuk untuk keperluan industri mengandung sejumlah kecil elemen paduan:
Komposisi Serbuk Titanium Umum
| Paduan | Elemen paduan primer | Karakteristik Utama |
|---|---|---|
| CP Titanium | 99,5% + Ti | Ketahanan korosi yang sangat baik |
| Ti-6Al-4V | 6% Al, 4% V | Kekuatan tinggi, dapat diolah dengan panas |
| Ti-6Al-7Nb | 6% Al, 7% Nb | Kekuatan tinggi, biokompatibel |
| Ti-555 | 5% Al, 5% Mo, 5% V | Dapat diolah dengan panas, dapat dikerjakan dengan mesin |
| Ti-1023 | 10% V, 2% Fe, 3% Al | Kekuatan tinggi, keuletan yang baik |
Aluminium, vanadium, dan niobium adalah tambahan yang umum ditambahkan untuk meningkatkan kekuatan dan kemampuan kerja. Jejak boron, karbon, besi, dan oksigen juga muncul.
Paduan menyesuaikan struktur mikro, kekerasan, kemampuan mesin, dan sifat-sifat lainnya dengan tetap mempertahankan ketahanan korosi yang sangat baik.
Karakteristik Bubuk Titanium
Karakteristik utama dari bubuk titanium meliputi:
Karakteristik Serbuk Titanium
| Karakteristik | Nilai-nilai Khas | Signifikansi |
|---|---|---|
| Ukuran partikel | 10 - 150 mikron | Perilaku sintering, permukaan akhir |
| Bentuk partikel | Bulat, bersudut, dendritik | Aliran serbuk dan kerapatan kemasan |
| Kepadatan yang tampak | 1,5 - 4,0 g/cc | Perilaku menekan dan menangani |
| Kerapatan ketukan | 2,5 - 4,5 g/cc | Indikator kompresibilitas |
| Laju aliran aula | 25 - 35 s/50g | Kemampuan mengalir bubuk |
| Kerugian saat pengapian | 0,1 - 0,5 wt% | Oksigen dan kadar air |
| Piroforisitas | Tidak ada | Mudah terbakar dan tindakan pencegahan penanganan |
Distribusi ukuran partikel dan bentuk serbuk secara signifikan memengaruhi aliran serbuk, pemadatan, respons sintering, dan densitas bagian yang ditekan dan disinter. Kepadatan yang tampak menunjukkan kompresibilitas bubuk.
Properti dari Bubuk Titanium
Sifat-sifat utama bubuk titanium meliputi:
Properti Bubuk Titanium
| Properti | Ti murni | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|---|
| Kepadatan | 4,5 g/cc | 4,43 g/cc | 4,52 g/cc |
| Kekuatan Tarik | 240 MPa | 930 MPa | 900 MPa |
| Kekuatan Hasil | 170 MPa | 860 MPa | 825 MPa |
| Perpanjangan | 24% | 10% | 15% |
| Modulus Elastisitas | 102 GPa | 114 GPa | 105 GPa |
| Kekerasan | 80 HB | 334 HB | 321 HB |
| Kapasitas Panas | 522 J/kg-K | 526 J/kg-K | 527 J/kg-K |
| Konduktivitas Termal | 7,2 W/m-K | 7,2 W/m-K | 6,7 W/m-K |
Paduan dengan aluminium, vanadium, dan niobium meningkatkan kekuatan dan kekerasan secara signifikan. Sifat spesifik sangat bergantung pada struktur mikro akhir.
Aplikasi Bubuk Titanium
Aplikasi utama untuk bubuk titanium meliputi:
Aplikasi Bubuk Titanium
| Industri | Penggunaan | Alasan Utama |
|---|---|---|
| Dirgantara | Komponen struktural, bilah turbin, pengencang | Rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi |
| Medis | Implan ortopedi, implan gigi, alat bedah | Biokompatibilitas, ketahanan terhadap korosi |
| Otomotif | Batang penghubung, katup, pegas, pengencang | Bobot yang ringan, performa |
| Bahan kimia | Tangki, pipa, katup, pompa | Ketahanan korosi |
| Barang-barang olahraga | Tongkat golf, sepeda, helm | Kekuatan, sifat mekanik yang disesuaikan |
| Petrokimia | Perkakas lubang bawah, bagian kepala sumur | Kekuatan, ketahanan terhadap korosi |
Sifat unik Titanium membuatnya menarik untuk mengurangi berat komponen kedirgantaraan sekaligus mempertahankan integritas mekanis di lingkungan yang ekstrem.
Biokompatibilitas yang sangat baik dan ketahanan terhadap korosi mendorong penggunaan pada implan ortopedi dan gigi. Kemampuan untuk menyesuaikan sifat titanium memfasilitasi barang-barang olahraga dengan karakteristik kinerja khusus.
Spesifikasi untuk Bubuk Titanium
Komposisi dan kualitas serbuk titanium ditentukan oleh berbagai spesifikasi standar:
Standar Bubuk Titanium
| Standar | Cakupan | Ukuran Partikel | Kemurnian | Kimia |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B348 | Grade 1-4 bubuk Ti tanpa paduan | -635 mesh | 99.5%, 99.9%, 99.95% Ti | Batas O, C, N, H |
| ASTM B801 | Bubuk paduan Ti-6Al-4V | -635 mesh | Rentang komposisi Ti, Al, V | Batas antar muka |
| ISO 23301 | Pembuatan bubuk Ti aditif | 10-45 mikron | 99,5% + Ti | Batas O, N, C, H, Fe |
| AMS 4992 | Serbuk Ti-6Al-4V kelas dirgantara | -150 mesh | Rentang komposisi Ti, Al, V | Batas antar muka |
Ini menentukan tingkat penambahan paduan yang dapat diterima, pengotor seperti oksigen/nitrogen/karbon, distribusi ukuran partikel, dan metode pengujian lain yang relevan untuk aplikasi yang berbeda.
Pemasok Global dari Bubuk Titanium
Banyak perusahaan besar memproduksi serbuk titanium bersama dengan produsen regional yang lebih kecil:
Produsen Bubuk Titanium
| Pemasok | Metode Produksi | Bahan | Kemampuan |
|---|---|---|---|
| ATI Metals | Atomisasi gas | Ti-6Al-4V, Ti-1023, Ti murni | Rentang paduan yang luas, volume besar |
| Praxair | Atomisasi gas | Ti-6Al-4V, CP Ti | Lot kecil, pengiriman cepat |
| Aditif Tukang Kayu | Atomisasi gas, hidrida-dehidrida | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti murni | Paduan khusus, lot kecil |
| AP&C | Atomisasi plasma | CP Ti, paduan Ti | Serbuk ultrafine 10-45 mikron |
| Tekna | Spheroidisasi plasma | Ti-6Al-4V, CP Ti | Mengubah keripik menjadi bubuk bulat |
| Baoji Hanz Titanium | Hydriding | CP Ti, Ti-6Al-4V | Biaya rendahProdusen Cina |
Banyak yang menyediakan komposisi paduan standar dan khusus. Beberapa menyediakan pemrosesan potongan dan serpihan menjadi bubuk.
Memilih Bubuk Titanium
Pertimbangan utama untuk memilih bubuk titanium meliputi:
- Komposisi paduan - Menyeimbangkan sifat yang diinginkan seperti kekuatan, keuletan, kekerasan
- Tingkat kemurnian - Mempengaruhi sifat mekanik dan struktur mikro
- Ukuran dan bentuk partikel - Mempengaruhi aliran serbuk, densitas, permukaan akhir
- Kerapatan tampak dan kerapatan tekan - Menunjukkan kompresibilitas dan respons sintering
- Kompatibilitas bahan kimia - Untuk kondisi servis seperti air asam atau air asin
- Prosedur pengambilan sampel - Pengujian representatif dari lot bubuk
- Sertifikasi kualitas - ISO 9001, AS9100, dll.
- Keahlian teknis dari produsen bubuk
Pembuatan sampel dan prototipe membantu memenuhi syarat paduan dan serbuk baru untuk aplikasi tertentu. Bekerja sama dengan pemasok terkemuka untuk mendapatkan bubuk titanium yang berkarakter baik untuk hasil yang optimal.
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
Apa manfaat bubuk titanium yang diatomisasi plasma?
Atomisasi plasma menghasilkan partikel yang sangat bulat dan mengalir, biasanya berukuran 10-45 mikron. Hal ini memungkinkan densitas sinter dan permukaan akhir yang sangat baik.
Apa yang menyebabkan bubuk titanium menjadi piroforik?
Serbuk titanium piroforik menyala secara spontan di udara. Hal ini disebabkan oleh ukuran partikel yang sangat kecil di bawah 10 mikron yang sangat meningkatkan luas permukaan dan reaktivitas. Gunakan penanganan gas inert untuk serbuk piroforik.
Bagaimana bentuk partikel mempengaruhi sifat bubuk titanium?
Serbuk berbentuk bola mengalir dengan baik dan memberikan kepadatan dan sifat mekanik yang lebih tinggi dan lebih seragam. Serbuk yang tidak beraturan menawarkan kekuatan dan kompresibilitas hijau yang lebih baik tetapi penyusutannya kurang dapat diprediksi.
Pasca-pemrosesan apa yang dapat meningkatkan penggunaan kembali bubuk titanium?
Penyaringan, penggilingan, dan perawatan termal memungkinkan penggunaan kembali serbuk yang tidak sesuai spesifikasi. Spheroidisasi plasma mengubah serpihan dan partikel yang lebih kasar menjadi bahan baku serbuk berbentuk bola.
Standar apa yang berlaku untuk pembuatan komponen titanium secara aditif?
ASTM F3001-14 mencakup karakterisasi dan kontrol kualitas bubuk paduan Ti untuk AM. ASTM F2924-14 memberikan metode uji standar untuk mengevaluasi sifat mekanik titanium AM.
Dapatkah Anda mencetak struktur komposit titanium dan baja secara 3D?
Ya, beberapa proses pencetakan 3D logam melakukan transisi antara paduan titanium dan baja tahan karat dalam satu bagian dengan peralihan material yang tepat untuk membuat komponen bimetalik.
Kesimpulan
Serbuk titanium memberikan fleksibilitas yang tinggi bagi para insinyur untuk membangun komponen berkinerja tinggi berkat sifat logam yang unik. Pemilihan karakteristik serbuk yang cermat dan kolaborasi erat dengan pemasok yang berpengalaman memungkinkan hasil yang optimal di berbagai aplikasi penting. Kemajuan yang sedang berlangsung terus memperluas kemampuan, kualitas, dan efektivitas biaya proses metalurgi serbuk titanium.