Bột Ti3al: Thành phần, Thuộc tính, Ứng dụng, và nhiều hơn nữa

Một số tính chất và đặc điểm chính của bột Ti3al bao gồm:

• Cường độ cao ở nhiệt độ cao lên đến 750 ° C
• Mật độ khoảng một nửa so với các siêu hợp sản niken
• Kháng ăn mòn nổi bật
• Mật độ thấp so với các hợp kim titan khác
• Điện trở oxy hóa lên đến khoảng 700 ° C
• Hao mòn điện trở
• Khả năng tương thích sinh học

Tuy nhiên, Ti3AL cũng có những hạn chế như độ dẻo nhiệt độ phòng kém, độ bền gãy thấp và khả năng hàn kém. Việc xử lý đúng và bổ sung hợp kim là cần thiết để tối ưu hóa sự cân bằng của các thuộc tính cho các ứng dụng khác nhau.

Bài viết này cung cấp một cái nhìn tổng quan chi tiết về thành phần, tính chất, ứng dụng, nhà cung cấp, chi phí, phương pháp thử nghiệm và các chi tiết kỹ thuật khác liên quan đến bột TI3AL.

Thành phần bột Ti3al

Bột Ti3al có thành phần danh nghĩa là 75% titan và 25% nhôm theo trọng lượng. Hợp chất intermetallic aluminide Titanium hình thành từ 50-75% nhôm, với Ti3AL là phiên bản phổ biến nhất.

Thành phần chính xác có thể thay đổi tùy thuộc vào phương pháp sản xuất. Các yếu tố khác như NB, MO, SI, B, TA, W, C và O thường được thêm vào với số lượng nhỏ để tăng cường các tính chất nhất định. Bảng dưới đây cho thấy phạm vi thành phần điển hình:

Yếu tố	Cân nặng %
Titanium (TI)	69 – 76%
Nhôm (AL)	24 – 31%
Niobi (NB)	0 – 6%
Molypdenum (MO)	0 – 4%
Silicon (SI)	0 – 2%
Boron (B)	0 – 0.5%
Tantalum (TA)	0 – 5%
Vonfram (W)	0 – 5%
Carbon (c)	0 – 0.1%
Oxy (O)	0 – 0.2%

Việc kiểm soát hàm lượng oxy và carbon là rất quan trọng để tránh việc nắm bắt và duy trì độ dẻo. Các yếu tố vi lượng khác cũng có thể có mặt tùy thuộc vào nguyên liệu thô và quy trình.

Thuộc tính bột Ti3al

Các tính chất độc đáo của bột Ti3al thân từ cấu trúc tinh thể intermetallic có thứ tự bao gồm cả nguyên tử titan và nhôm. Một số thuộc tính đáng chú ý bao gồm:

Cường độ nhiệt độ cao

Ti3al giữ lại cường độ tương đối cao lên tới 750 ° C, tốt hơn đáng kể so với titan hoặc nhôm đơn thuần. Điều này làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao trong động cơ, tuabin, van, v.v ... Bảng dưới đây so sánh cường độ của Ti3al với các hợp kim titan khác ở các nhiệt độ khác nhau:

Hợp kim	Phòng Nhiệt độ (MPA)	Sức mạnh ở 500 ° C (MPa)	Mật độ (G/CM3)
Đến đây	400	260	3.9
Ti6AL4V	900	500	4.5
Ti64	900	400	4.5

Mật độ thấp

Với mật độ khoảng 3.7 – 4.1 g/cm3, Ti3al nhẹ hơn nhiều so với các siêu hợp chất niken và hầu hết các hợp kim titan khác. Điều này giúp giảm trọng lượng thành phần quan trọng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ.

Kháng oxy hóa

Ti3AL cung cấp khả năng chống oxy hóa tốt lên tới 700 ° C trong không khí, tốt hơn so với titan không bị nhiễm. Điều này cho phép nó hoạt động ở nhiệt độ cao mà không mất quá nhiều vật liệu.

Chống ăn mòn

Hàm lượng titan mang lại khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của Ti3al đối với một loạt các axit, kiềm và môi trường nước muối. Điều này làm cho nó hữu ích trong thiết bị xử lý hóa học.

Hao mòn điện trở

Ti3AL có mài mòn tốt và chống xói mòn tương đương với thép, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng hao mòn cao như van, máy bơm và chết đùn.

Tuy nhiên, Ti3al cũng bị những nhược điểm như:

• Độ dẻo nhiệt độ phòng kém và độ bền gãy xương
• Khó chế tạo và máy
• Khả năng hàn kém do tính nhạy cảm với vết nứt

Việc xử lý đúng và bổ sung hợp kim là cần thiết để tối ưu hóa sự cân bằng của các thuộc tính cho ứng dụng dự định.

Ứng dụng bột Ti3al

Các tính chất độc đáo của bột Ti3al làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng sau:

Không gian vũ trụ

Ngành công nghiệp hàng không vũ trụ là người tiêu dùng lớn nhất của các sản phẩm Ti3AL do nhu cầu tiết kiệm trọng lượng, sức mạnh nhiệt độ cao và khả năng kháng oxy hóa. Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Lưỡi tuabin, van, đĩa
• Buồng đốt, người đốt sau
• Khung máy bay, các thành phần cấu trúc
• Ống thủy lực, van

Ô tô

Ngành công nghiệp ô tô sử dụng Ti3AL cho các bộ phận tăng áp, van, lò xo, ốc vít và các bộ phận hệ thống ống xả đòi hỏi cường độ nhiệt độ cao và trọng lượng thấp hơn.

Xử lý hóa học

Ti3AL được sử dụng cho các thành phần như van, bơm, phụ kiện đường ống, các mạch phản ứng yêu cầu khả năng chống ăn mòn kết hợp với tính chất cơ học nhiệt độ cao.

Y sinh

Khả năng tương thích sinh học, kháng ăn mòn và sức mạnh của Ti3AL làm cho nó phù hợp với cấy ghép chỉnh hình như khớp hông nhân tạo.

Các ứng dụng khác bao gồm van hiệu suất cao, chết đùn, các yếu tố sưởi ấm và hàng thể thao. Ti3al cũng được sử dụng như một loại bột sản xuất phụ gia.

Thông số kỹ thuật bột Ti3al

Bột Ti3al có sẵn trong các phạm vi kích thước khác nhau, hình thái và mức độ tinh khiết tùy thuộc vào quá trình sản xuất. Các thông số kỹ thuật chính được đưa ra dưới đây:

Sự chỉ rõ	Details
Kích thước hạt	15 – 150 micron
Hình thái	Hình cầu, góc, hỗn hợp
Mật độ rõ ràng	2 & # 8211; 3,5 g / cm3
Chạm vào mật độ	3 & # 8211; 4,5 g / cm3
Sự thuần khiết	≥99%, ≥99,9%
Hàm lượng oxy	≤ 0,2 wt%
Hàm lượng nitơ	0,05 wt%
Hàm lượng carbon	0,08 wt%
Nội dung sắt	≤ 0,30 wt%
Nội dung niken	≤ 0,10 wt%
Gói tiêu chuẩn	5kg, 10kg, 25kg

Kích thước hạt mịn hơn thường cung cấp khả năng chảy tốt hơn, mật độ đóng gói và khả năng phản ứng. Hình thái hình cầu cũng cải thiện dòng chảy bột. Độ tinh khiết cao hơn làm giảm các chất gây ô nhiễm và cải thiện tính chất.

TI3AL Sản xuất bột

Có một số phương pháp được sử dụng để sản xuất bột Ti3al bao gồm:

• nguyên tử hóa khí – Hợp kim TI-al nóng chảy được nguyên tử hóa với khí trơ vào các giọt mịn rắn thành bột. Điều này tạo ra các hạt hình cầu với khả năng chảy tốt.
• Hợp kim cơ học – Các loại bột TI và Al nguyên tố được phay bóng để tổng hợp hợp chất intermetallic một cách cơ học. Các hạt bột có hình dạng không đều.
• Hình cầu huyết tương – Bột Ti3al không đều từ hợp kim cơ được tái tạo lại trong một plasma để tạo ra bột hình cầu.
• Nguyên nhân hóa khí cảm ứng điện cực (EIGA) – Trực tiếp tan chảy và nguyên tử hóa một điện cực của Ti3al để tạo ra bột.

Nguyên tử hóa khí và xử lý plasma cho phép kiểm soát tốt hơn sự phân bố kích thước hạt, hình thái, đón oxy và cấu trúc vi mô. Bột thường phải được sàng vào các phân số kích thước cụ thể sau khi sản xuất dựa trên các yêu cầu ứng dụng.

Ti3al Chi phí bột

Bột Ti3al đắt hơn đáng kể so với bột titan hoặc nhôm. Chi phí khác nhau giữa:

• $ 100 – $ 500 mỗi kg cho loại khí nguyên tử tinh khiết 99%
• $ 50 – $ 250 mỗi kg cho bột hợp kim cơ 99%
• $ 300 – $ 1000 mỗi kg cho 99,9% bột hình cầu huyết tương

Giá cả phụ thuộc vào kích thước hạt, hình thái, mức độ tinh khiết, số lượng đặt hàng và nhà sản xuất. Hợp kim tùy chỉnh với các tác phẩm đặc biệt có thể có giá cao hơn. Chi phí đã giảm do khối lượng sản xuất tăng và cải tiến quy trình.

Nhà cung cấp bột Ti3al

Một số nhà cung cấp toàn cầu của bột Ti3al bao gồm:

Công ty	Vị trí
Ap & amp; c	Canada
TLS Technik GmbH	nước Đức
Công nghệ kim loại	Vương quốc Anh
Kim loại bột Ati	Hoa Kỳ
Phụ gia thợ mộc	Hoa Kỳ
MET3DP	Trung Quốc
Thu nhập	Canada

Có một vài nhà sản xuất ở Trung Quốc là tốt. Nên sử dụng bột nguồn từ các nhà sản xuất đã thành lập sử dụng các quy trình sản xuất đủ điều kiện để đảm bảo chất lượng và tính chất đáng tin cậy.

Ti3al so với các lựa chọn thay thế

TI3AL cạnh tranh với một số lựa chọn thay thế cho các ứng dụng cấu trúc nhiệt độ cao:

Bảng: So sánh các hợp kim nhiệt độ cao khác so với các hợp kim nhiệt độ cao khác

Hợp kim	Tỉ trọng	Temp tối đa	Sức mạnh	Độ dẻo	Kháng oxy hóa	Trị giá
Đến đây	Thấp	Rất cao	Cao	Thấp	Tốt	Cao
Inconel 718	Cao	Cao	Trung bình	Trung bình	Tốt	Trung bình
Haynes 230	Cao	Rất cao	Cao	Thấp	Xuất sắc	Rất cao
Ti6AL4V	Trung bình	Trung bình	Trung bình	Trung bình	Xuất sắc	Trung bình
Thép không gỉ ferritic	Trung bình	Trung bình	Thấp	Cao	Nghèo	Thấp

Đối với nhiệt độ dịch vụ tối đa, các superalloy dựa trên TI3AL và Niken như Haynes 230 là vượt trội. Tuy nhiên, mật độ và chi phí thấp hơn của Ti3AL là lợi thế cho các ứng dụng quan trọng như hàng không vũ trụ.

Độ dẻo nhiệt độ phòng kém của Ti3al vẫn là giới hạn chính so với thép và TI6AL4V. Hợp kim và phát triển quy trình tiếp tục cải thiện khả năng gia công và khả năng sử dụng.

Ưu điểm của bột ti3al

Lợi ích chính của việc sử dụng bột TI3AL bao gồm:

• Cường độ cao được duy trì đến 800 ° C
• Mật độ thấp hơn 40% so với các siêu hợp sản niken
• Khả năng chống leo tuyệt vời
• Quá trình oxy hóa và chống ăn mòn tốt
• Sự thay thế kim loại chịu lửa mà không có rủi ro vật liệu chiến lược
• Sản xuất hình dạng gần với luyện kim bột
• Các thành phần có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn
• Tiết kiệm trọng lượng trong các bộ phận quay như lưỡi tuabin
• Hiệu quả được cải thiện thông qua các thông số hoạt động cao hơn

Sự cân bằng duy nhất của các tính chất cơ học, mật độ thấp và độ ổn định nhiệt làm cho Ti3AL trở thành một vật liệu cho phép các hệ thống hàng không vũ trụ, ô tô và sản xuất điện thế hệ tiếp theo.

Hạn chế của bột ti3al

Mặc dù có lợi thế, TI3AL cũng có những nhược điểm nhất định:

• Giòn ở nhiệt độ phòng, độ dẻo cải thiện trên 500 ° C
• Chế tạo và gia công là một thách thức
• Mất tài sản nhanh chóng dưới 400 ° C
• Nguyên liệu thô và chi phí chế biến rất cao
• Chuỗi cung ứng bị giới hạn với ít nhà sản xuất
• Thiết kế thành phần đòi hỏi chuyên môn kỹ thuật chuyên môn
• Không dễ dàng hàn hoặc tham gia với các kỹ thuật thông thường
• Khó tái chế và tái sử dụng

Sản xuất và các rào cản chi phí đã làm chậm việc áp dụng thương mại TI3AL cho đến nay. Nhưng khả năng của nó tiếp tục thúc đẩy các nỗ lực phát triển để khắc phục những hạn chế này thông qua các hóa chất hợp kim được cải thiện, chất lượng bột và thiết kế thành phần.

Outlook cho TI3AL Powder

Ti3al được dự báo sẽ thấy việc sử dụng mở rộng trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, ô tô, khí công nghiệp và phát điện do:

• Tăng nhu cầu về hiệu quả nhiên liệu của động cơ phản lực và lượng khí thải thấp hơn
• Vật liệu nhiệt độ cao cần thiết cho bộ tăng áp điện
• Thị trường phát triển cho các công nghệ sản xuất phụ gia
• Tập trung vào sự thay thế vật liệu chiến lược cho trái đất hiếm và kim loại chịu lửa
• Giảm chi phí thông qua năng suất sản xuất được cải thiện

Thị trường ô tô và công nghiệp nhạy cảm hơn và yêu cầu lợi thế hiệu suất chi phí được chứng minh so với các hợp kim hiện có. Lĩnh vực hàng không vũ trụ sẵn sàng trả phí bảo hiểm cho hiệu suất tối đa.

Các sáng kiến của chính phủ ở Mỹ, EU và Nhật Bản đang tăng tốc R & amp; D sản xuất bột ti3al, chế tạo thành phần, phương pháp tham gia và phát triển hợp kim. Điều này sẽ mở rộng không gian ứng dụng và thúc đẩy tỷ lệ áp dụng cao hơn.

Các câu hỏi thường gặp

Q: Bột Ti3al được sử dụng để làm gì?

Trả lời: Bột Ti3al được sử dụng để sản xuất các thành phần nhiệt độ cao như lưỡi tuabin, bánh xe tăng áp, bộ trao đổi nhiệt và các bộ phận khác hoạt động từ 500-800 ° C. Nó cung cấp một sự cân bằng tuyệt vời của cường độ cao, mật độ thấp và khả năng chống oxy hóa tốt.

Q: Bột Ti3al được sản xuất như thế nào?

Trả lời: Các phương pháp sản xuất phổ biến bao gồm nguyên tử hóa khí, nguyên tử hóa huyết tương, nguyên tử hóa khí cảm ứng điện cực (EIGA) và hợp kim cơ. Mỗi quá trình dẫn đến các đặc tính bột khác nhau phù hợp cho các ứng dụng cụ thể.

Q: Bột Ti3al có tốt hơn Inconel 718 không?

Trả lời: TI3AL có mật độ thấp hơn, do đó cung cấp tiết kiệm trọng lượng trên Inconel 718. Nó có cường độ cao hơn ở nhiệt độ trên 700 ° C. Tuy nhiên, độ dẻo nhiệt độ phòng của Ti3AL khá thấp trong khi Inconel 718 có thể được chế tạo và gia công dễ dàng.

Q: Chi phí của bột Ti3al là bao nhiêu?

Trả lời: Bột Ti3al có giá khoảng 450-750 đô la mỗi kg, đắt hơn gần 5 lần so với các chất siêu sồi niken và gấp 10 lần so với bột titan hoặc nhôm. Chi phí cao là do xử lý phức tạp và nhu cầu thị trường hạn chế.

Q: Bột Ti3al được xử lý và lưu trữ như thế nào?

Trả lời: Giống như các loại phấn hợp kim phản ứng khác, Ti3AL yêu cầu che phủ khí trơ và lưu trữ không có độ ẩm. Chỉ nên sử dụng các hộp gốm, thủy tinh hoặc không gỉ. Các biện pháp phòng ngừa an toàn bao gồm tiếp đất, thông gió và PPE hô hấp.

Q: Những thách thức với việc sử dụng bột Ti3al là gì?

Trả lời: Những hạn chế chính là độ dẻo nhiệt độ phòng kém, chi phí vật liệu cao, số lượng nhà cung cấp hạn chế, khó khăn trong gia công/chế tạo và thiếu công nghệ tham gia. Cải tiến hợp kim, phát triển quy trình và tối ưu hóa thiết kế thành phần được yêu cầu để mở rộng sử dụng thương mại.

Q: Triển vọng trong tương lai cho bột Ti3al là gì?

Trả lời: Sử dụng bột Ti3AL được dự báo sẽ phát triển đáng kể trong động cơ hàng không vũ trụ, bộ tăng áp ô tô và các ứng dụng công nghiệp nhiệt độ cao. Các sáng kiến để giảm chi phí, cải thiện tài sản và sản xuất trưởng thành sẽ cho phép áp dụng rộng hơn.