球形钛粉 通过控制颗粒大小，可使用快速成型技术或粉末冶金压制技术制造出强度高、重量轻的钛金属零件。钛的高强度重量比、耐腐蚀性和生物相容性使其成为航空航天、医疗、汽车和其他高要求应用领域中极具吸引力的工程材料。
本指南涵盖了用于金属 AM 或压制烧结制造的球形钛粉的成分、生产方法、规格、用途、定价和采购注意事项。
类型 球形钛粉
根据成分和加工工艺，球形钛粉可分为以下几类：
| 类型 | 说明 |
|---|---|
| CP（商业纯）钛 | 99.5% 及以上纯钛，间隙元素杂质少 |
| 钛-6Al-4V | 钛合金，添加 6% 铝和 4% 钒以增强强度 |
| 预合金粉末 | 具有均匀 Ti-6-4 成分的固体球形颗粒 |
| 混合元素 | 纯钛、铝和钒粉末混合物 |
根据钛成品应用的机械性能、耐腐蚀性和预算需求选择相应的牌号。
生产方法
- 等离子体雾化 - 高能等离子割炬熔化原料。强大的感应线圈产生液滴喷雾，凝固成钛球形。最窄的颗粒分布，具有良好的粉末流动性和堆积密度。
- 气体雾化 - 类似的工艺使用加压惰性气体射流而非等离子能量将熔融钛流雾化成细小的液滴。该工艺功率较低，但颗粒尺寸较宽。
- 旋转电极工艺 - 旋转电极产生的离心力将熔融钛分解成液滴。颗粒尺寸小。生产率高，分布窄。
通过控制温度、压力和气流等工艺参数，可获得球形无孔粉末，是钛金属制造的首选。
组成 的 球形钛粉
| 等级 | 钛 (Ti) | 铝 (Al) | 钒 (V) | 铁（Fe） | 氧气 (O) |
|---|---|---|---|---|---|
| CP 1 级 | 98.9% min | 最大 0.3% | 最大 0.2% | 最大 0.3% | 0.18% 最大值 |
| CP 2 级 | 98.6% min | 最大 0.3% | 最大 0.1% | 最大 0.3% | 0.25% 最大值 |
| CP 4 级 | 97.5% min | 最大 0.3% | 最大 0.1% | 0.5% 最大值 | 0.40% 最大值 |
| 钛-6Al-4V | 基地 | 5.5-6.75% | 3.5-4.5% | 最大 0.3% | 0.13% 最大值 |
严格控制低氧和氮以及碳、铁和铬的限制，以保持耐腐蚀性和延展性。牌号选择可平衡不同应用所需的性能和合金成本。
典型规格
| 参数 | 价值 | 测试方法 |
|---|---|---|
| 纯净 | >99% 钛 | ASTM E2371，ICP 分析 |
| 粒子形状 | 球形 >92% | 显微镜 |
| 水龙头密度 | 2.7-3.7 克/立方厘米 | 霍尔流量计 |
| 颗粒大小 | 15-45 μm | 激光衍射 |
| 氧气（O） | <2000 ppm | 惰性气体聚变 |
| 氮（N） | <400 ppm | 惰性气体聚变 |
| 氢（H） | <150 ppm | 惰性气体聚变 |
| 流速 | >95% for 50 μm | 霍尔流量计 |
在采购前审查供应商提供的统计批次证明，确认标准等级要求和这些指标的一致性能。
机械性能
| 合金 | 极限拉伸强度（ksi） | 屈服强度（ksi） | 伸长（％） |
|---|---|---|---|
| CP 1 级 | 130 | 120 | 20% |
| CP 2 级 | 150 | 140 | 18% |
| 钛-6Al-4V | 160 | 150 | 10% |
要达到目标材料强度，需要优化热后处理，如热等静压和热处理。根据所需的性能匹配等级。
金属 AM 应用
使用球形钛粉的关键金属添加部件：
- 航空航天：机身支架、翼肋、发动机支架 - 高强度、低重量
- 医疗和牙科：髋关节、膝关节和脊柱植入物；手术工具 - 生物兼容
- 汽车：连杆、涡轮增压器部件--耐热性和耐腐蚀性
- 消费者：眼镜框、运动装备、表体 - 美学品质
- 工业：阀门、泵等流体处理部件；船用五金件；热交换器
利用高比强度和定制合金（如 Ti6-4），满足各行业苛刻的生产环境要求。
行业规格
- ASTM F1580 - 用于外科植入物的锻造钛-6-铝-4-钒合金
- ASTM B348 - 钛和钛合金棒材、线材、粉末和锻造料规格
- AMS 4999 - 钛合金粉末生产的成分限制
- ISO 23304--用于增材制造工艺的金属粉末
审查经统计验证的批次证书，确保粉末批次质量符合认证要求。
质量考虑因素
| 公制 | 可以接受 | 测试方法 |
|---|---|---|
| 水龙头密度 | ≥2.7 g/cc | 霍尔流量计 |
| 流速 | ≥95%，用于 45 μm 筛 | 霍尔流量计 |
| 粒子形状 | ≥92% 球形 | 显微镜 |
| 粒径分布 | 符合 ASTM B348 标准 | 激光衍射 |
| 主要夹杂物（O、H、N） | <2000; <150; <400 ppm resp. | 惰性气体聚变 |
粉末质量属性与最终烧结部件的材料强度、表面光洁度和缺陷率直接相关。
价格范围
| 等级 | 颗粒大小 | 每公斤价格 |
|---|---|---|
| CP 1 级 | 15-45 微米 | $50-$150 |
| 钛-6Al-4V | 15-45 微米 | $55-$200 |
| Ti-6Al-4V ELI | 10-75 微米 | $250-$750 |
价格取决于纯度、粉末大小、产量和地区因素。从入围供应商处获得针对您的应用的确定预算报价。
购买注意事项
| 参数 | 重要性 |
|---|---|
| 质量认证 | 高 |
| 一致性 | 高 |
| 部件合格数据 | 中型 |
| 技术支持 | 中型 |
| 采样可用性 | 低 |
| 价格因素 | 低 |
常见问题
问：什么是钛粉结块？
答：粉末颗粒聚集成部分烧结的团块称为结块。它会破坏流动性和堆积密度。应存放在装有除湿剂的密闭容器中，以防止吸湿和吸氧的副反应使钛颗粒之间随着时间的推移而结块。
问：钛粉是否会危害健康？
答：与大多数细金属粉末一样，在处理过程中应避免吸入。除敏感性问题外，钛粉相对惰性，被认为是无毒的，外部接触或摄入的风险很低。在储存、运输或加工过程中应使用适当的防护设备和程序。
问：如何正确储存钛粉？
答：用除湿袋将容器密封，防止氧化。将温度变化限制在 10-30°C 之间。如果颜色从闪亮的灰色变为氢脆等变质，则应丢弃。如果储存得当，保质期超过 5 年。
问：钛粉是否需要特殊的运输和处理方式？
答：列为非危险品，不易燃。避免在极热或极冷时运输。牢牢固定包装，防止泄漏或污染。对于高纯度的研究级产品，可使用带凝胶包的特殊冷运器。