PREP 难熔钛合金粉
钛铝合金是一种新型航空航天合金，具有出色的强度重量比以及高化学稳定性和热稳定性。伽马钛铝合金具有优异的机械性能以及在高温（超过 600 摄氏度）条件下的抗氧化性和抗腐蚀性。钛铝合金是与镍超合金竞争的最新一类材料，可用于制造低压涡轮等航空发动机部件。
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目录
PREP 难熔钛合金粉概述
PREP（等离子旋转电极工艺）合金是一种高性能难熔钛合金粉末，设计用于在极端温度下制造需要优异机械性能的部件。
本文提供了 PREP 钛合金粉末的综合指南，内容包括成分、特性、印刷参数、应用、规格、供应商、处理、检查、比较、利弊和常见问题。定量信息以易于参考的表格形式呈现。
PREP 钛合金粉的成分
PREP 合金成分复杂，含有各种溶质元素：
| 要素 | 重量 % | 目的 |
|---|---|---|
| 钛 | 平衡 | 主矩阵元素 |
| 铝质 | 5 – 7 | 固溶强化剂 |
| 锡 | 1 – 3 | 固溶强化剂 |
| 锆 | 0.5 – 2 | 纹理结构控制 |
| 钼 | 1 – 3 | 固溶强化剂 |
| 硅 | 0.5 – 1.5 | 抗氧化性 |
| 铌 | 1 – 3 | 硬质合金成形器 |
| 钽 | 1 – 3 | 硬质合金成形器 |
此外，还添加了微量的硼和碳，以强化晶界。
PREP 钛合金粉的特性
PREP 合金具有多种特殊性能：
| 物业 | 说明 |
|---|---|
| 高强度 | 拉伸和蠕变强度极佳，最高可达 700°C |
| 抗疲劳性 | 高温下的高疲劳寿命 |
| 断裂韧性 | 高达 100 MPa-√m |
| 抗氧化性 | 形成保护性氧化鳞片 |
| 热稳定性 | 长期暴露后的微观结构稳定性 |
| 损坏容忍度 | 抗裂纹生长 |
| 生物兼容性 | 无毒、无致敏性 |
这些特性使轻质部件能够满足苛刻的应用要求。
PREP 钛合金粉末的 AM 印刷参数
典型的 AM 工艺参数包括
| 参数 | 典型值 | 目的 |
|---|---|---|
| 层高 | 30-50 μm | 分辨率与构建速度 |
| 激光功率 | 150-500 W | 充分熔化而不蒸发 |
| 扫描速度 | 750-1500 毫米/秒 | 密度与生产率 |
| 舱口间距 | 80-120 μm | 机械性能 |
| 热等静压 | 900°C，100 兆帕，3 小时 | 消除内部空隙 |
根据密度、微观结构、成型率和后处理要求对参数进行了优化。
三维打印 PREP 钛零件的应用
PREP 合金部件的关键应用包括
| 行业 | 组件 |
|---|---|
| 航空航天 | 涡轮叶片、压缩机部件、支架 |
| 汽车 | 连杆、阀门、涡轮增压器轮毂 |
| 医疗 | 整形外科植入物、手术工具 |
| 化学 | 泵、阀门、反应容器 |
| 发电 | 热气通道组件 |
与锻造产品相比，其优点包括几何形状复杂和开发速度快。
用于 AM 的 PREP 钛粉的规格
PREP 合金粉末必须符合严格的规格要求：
| 参数 | 规格 |
|---|---|
| 粒度范围 | 15-45 μm 典型值 |
| 粒子形状 | 球形形态 |
| 表观密度 | >2.5 g/cc |
| 水龙头密度 | >4.5 g/cc |
| 霍尔流量 | 50克>35秒 |
| 纯净 | >99.95% |
| 氧气含量 | <1000 ppm |
可定制尺寸分布和可控氧气含量。
PREP 钛合金粉供应商
PREP 合金粉末由以下公司提供：
| 供应商 | 地点 |
|---|---|
| 普莱克斯 | 美国 |
| AP&C | 加拿大 |
| 泰克纳 | 加拿大 |
| 金属分析 | 英国 |
| LPW 技术 | 英国 |
| EOS | 德国 |
根据质量、尺寸分布和订单量，价格从 $250/kg 到 $450/kg 不等。
PREP 钛粉的处理和储存
PREP 合金粉末是一种活性材料，因此必须小心处理：
- 将密封容器置于氩气等惰性气体中保存
- 防止在处理过程中暴露于空气和湿气中
- 使用正确接地的设备
- 避免灰尘积聚，最大限度地降低爆炸风险
- 建议进行局部通风
- 穿戴适当的个人防护设备，避免吸入
适当的技术和控制可防止粉末氧化。
PREP 钛粉的检验和测试
对 PREP 合金粉末批次进行验证：
| 方法 | 测试参数 |
|---|---|
| 筛分分析 | 粒径分布 |
| 扫描电子显微镜成像 | 颗粒形态 |
| EDX | 化学/组成 |
| XRD | 存在的阶段 |
| Pycnometry | 密度 |
| 霍尔流量 | 粉末流动性 |
根据 ASTM 标准进行测试，确保批次间的一致性。
PREP 合金与其他钛粉的比较
PREP 合金与其他钛材料相比具有以下优点
| 合金 | 实力 | 抗氧化性 | 费用 | 可印刷性 |
|---|---|---|---|---|
| 预习 | 优秀 | 优秀 | 高 | 良好 |
| Ti64 | 良好 | 良好 | 中型 | 公平 |
| Ti6242 | 优秀 | 良好 | 高 | 公平 |
| CP-Ti | 低 | 优秀 | 低 | 优秀 |
PREP 具有最佳的综合性能，但成本高于 Ti64 等主力合金。
用于 AM 的 PREP 钛粉的优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 出色的高温强度 | 与 Ti64 和 CP-Ti 相比价格昂贵 |
| 出色的热机械抗疲劳性 | 密度高于其他钛合金 |
| 复杂几何形状可行 | 必须进行受控气氛处理 |
| 各向异性低于 Ti64 和 CP-Ti | 处理过程对技术非常敏感 |
| 将性能与 PREP 锻模相匹配 | 供应商和合金品种有限 |
PREP 可实现性能卓越的快速成型制造，但需要对工艺条件进行非常严格的控制。
有关 PREP 钛合金粉的常见问题
问：PREP 钛合金在 AM 中的用途是什么？
答：PREP 合金用于在高达 700°C 的温度下三维打印需要极高机械性能的轻质航空航天和汽车零部件。
问：印刷 PREP 钛合金时建议使用多大的粒度？
答：15-45 微米的粉末粒度范围在流动性、高分辨率和高密度印刷部件之间实现了良好的平衡。
问：PREP 钛是否需要在 AM 后进行热等静压？
答：建议使用 HIP 来消除内部空隙，最大限度地提高抗疲劳性，并达到全密度。对于非关键应用，可能并非必须使用 HIP。
问：哪种材料的特性最接近 PREP 钛合金？
答：与 PREP 合金相比，Ti-6Al-4V 具有相似的密度和良好的高温强度，但抗氧化性较低。
问：与 AM 中的 Ti-6Al-4V 相比，PREP 合金有哪些优点？
答：主要优点是拉伸强度和疲劳强度更高，温度可达 700°C，抗蠕变性和抗热力机械疲劳性也显著提高。
问：PREP 钛金属打印部件的精度如何？
答：经过后处理后，PREP 印刷部件的尺寸公差和表面光洁度可与 CNC 加工的钛部件相媲美。
问：印刷 PREP 钛合金时会出现哪些缺陷？
答：潜在的缺陷包括开裂、变形、气孔、不完全融合和表面粗糙。大多数缺陷都可以通过优化参数来最小化。
问：PREP 钛 AM 零件上的支撑结构是否可以轻松拆除？
答：由于 PREP 合金具有优异的机械性能，因此经过适当设计的最小支撑件在印刷后很容易拆卸。
问：通常对 PREP 钛组件进行哪种类型的后处理？
答：热等静压、热处理、磨料流加工、数控加工和电抛光是常用的后处理方法。
问：Ti-6Al-4V 5 级和 23 级的主要区别是什么？
答：5 级含氧量较高，粉末流动性较好，而 23 级含氧量较低，断裂韧性和抗疲劳性较好。
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