TiAl3 粉末
TiAl3 粉末是一种金属间化合物，由钛、铝和有时少量的其他元素（如铬或铌）组成。它具有 L12 晶体结构，通过气体雾化制成球形粉末颗粒，通常在 10-150 微米范围内。
TiAl3 具有独特的性能，适合在侵蚀性环境中进行高温应用。它既有钛的耐腐蚀性和高强度，又有铝的低密度和耐高温性能。这种材料在高温下具有良好的抗氧化性和强度。
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TiAl3 粉末是一种由钛和铝组成的金属间化合物。它重量轻、抗氧化、耐高温。因此，它适用于航空航天、汽车、能源和其他高性能应用领域。
TiAl3 粉末的一些关键性能和特点：
TiAl3 粉末的性能和特点
| 化学式 | TiAl3 |
| 密度 | 3.4 克/立方厘米 |
| 熔点 | 1395°C |
| 杨氏模量 | 170 GPa |
| 热膨胀系数 | 11 x 10-6 K-1 |
| 导热性 | 29 W/m-K |
| 电阻率 | 125 μΩ-cm |
| 抗氧化性 | 性能卓越，可达 1000°C |
TiAl3 粉末可通过各种方法生产，包括气体雾化、等离子旋转电极工艺（PREP）和机械合金化。粉末的尺寸、形态、成分、微观结构和其他性能取决于生产方法。
钛的含量通常在 55-65 wt% 之间，其余为铝。少量的铬、铌、碳或氧可能存在，最高可达 1%。钛：铝的比例可以调整，以优化性能。
TiAl3 粉末特性
| 物业 | 价值 |
|---|---|
| 密度 | 3.7-4.0 克/立方厘米 |
| 熔点 | 1350°C |
| 导热性 | ~20 W/m-K |
| 电阻率 | 125-185 μΩ-cm |
| 杨氏模量 | 160-180 GPa |
| 泊松比 | 0.25-0.35 |
| 热膨胀系数 | 11-13 x 10-6 /°C |
其主要特性包括：密度比钛合金低、熔点高、导热性适中、高温下仍能保持强度和刚度。
TiAl3 粉末特性
| 属性 | 详细信息 |
|---|---|
| 粒子形状 | 主要是球形 |
| 颗粒大小 | 10 - 150 μm |
| 流动性 | 良好 |
| 表观密度 | ~2.5 克/立方厘米 |
| 水龙头密度 | ~3.5 克/立方厘米 |
| 表面积 | 0.1-0.3 平方米/克 |
| 纯净 | >99.5% |
TiAl3 粉末呈球形，表面光滑，具有良好的流动性和堆积特性。它的氧气和氮气含量低，可避免脆化。
TiAl3 粉末的应用
利用 TiAl3 特性的一些主要应用包括
TiAl3 粉末在增材制造中的应用
- TiAl3 粉末用于粉末床熔融工艺，如选择性激光熔融 (SLM) 和电子束熔融 (EBM)，以制造航空航天和汽车用的复杂铝钛部件。
- 与粉末床 AM 中的 Ti6Al4V 相比，它的反应性更低，更易于打印。TiAl3 零件的微观结构精细，机械性能与铸造和锻造合金相当。
- 使用 TiAl3 进行 AM 可实现轻量化设计，减少零件数量，并整合涡轮叶片、涡轮增压器轮毂、排气部件等组件。
热喷涂中的 TiAl3 粉末应用
- TiAl3 粉末热喷涂涂层可在高温下为涡轮叶片、叶片、燃烧罐等提供抗氧化和抗腐蚀性能。
- 它的耐温性能比镍合金和钛涂层更好。TiAl3 涂层的工作温度可达 700-900°C。
- 涂层通过等离子喷涂、高速富氧燃料（HVOF）或温喷工艺进行喷涂。涂层厚度一般为 150-500 微米。
TiAl3 粉末在激光熔覆中的应用
- TiAl3 粉末可通过激光熔覆在钛或镍合金基底上，形成表面合金保护层。
- 堆焊层提高了高温强度、抗氧化性和耐磨性。
- 激光熔覆可用于暴露在高温腐蚀条件下的喷气发动机和陆基涡轮机部件。
TiAl3 粉末规格
TiAl3粉末有几种符合规格的标准等级，例如
TiAl3 粉末成分
| 等级 | Ti wt% | Al wt% | 其他 |
|---|---|---|---|
| Ti-45Al-3Nb | 45% | 平衡 | 3% Nb |
| Ti-55Al | 55% | 平衡 | – |
| Ti-62Al | 62% | 平衡 | – |
常见的成分以钛含量为基础，如 Ti-45Al、Ti-55Al 或 Ti-62Al 表示钛的重量百分比。此外还可能含有少量铬或铌。
TiAl3 粉末粒度分布
| 颗粒大小 | 分发 |
|---|---|
| -150 +45 μm | 5% 最大值 |
| -45 +22 μm | 40-60% |
| -22 μm | 平衡 |
AM 工艺的典型尺寸分布集中在 22-45 μm，最小细度低于 22 μm。热喷涂工艺中使用的细度最大可达 150 μm。
TiAl3 粉末标准
- ASTM B821 - 通过等离子技术制备耐火合金粉末和复合物的标准
- AMS 4982 - 等离子雾化铝酸钛粉末消耗品
- AMS 7008 - 用于热喷涂涂层的铝化钛合金粉
粉末生产、取样、测试和验收均遵循耐火合金和钛铝合金的工业标准。
与其他常用粉末相比，TiAl3 粉末具有一些优点和缺点：
TiAl3 粉末与其他粉末的比较
| 参数 | TiAl3 | Ti6Al4V | AlSi10Mg |
|---|---|---|---|
| 密度 | 较低 | 更高 | 较低 |
| 高温强度 | 更高 | 较低 | 低得多 |
| 抗氧化性 | 优秀 | 中度 | 贫穷 |
| 导热性 | 更高 | 较低 | 更高 |
| 费用 | 更高 | 较低 | 较低 |
| 可制造性 | 更难 | 更容易 | 更容易 |
| 应用 | 航空航天、汽车 | 航空航天、生物医学 | 汽车，一般 |
- 在 600°C 以上的温度下，TiAl3 的强度高于 Ti6Al4V 等钛合金
- 与钛合金和铝合金相比，它具有更好的抗氧化性
- 由于铝含量高，价格比钛合金贵
- 在室温下不如钛合金容易加工或成型
- 最适合高温结构应用
通过了解 TiAl3 与其他合金系统相比的优劣势，可以确定理想的应用领域，从而充分利用其优势。
TiAl3 粉末供应商
TiAl3 粉末可从全球多家供应商处购买。其中一些主要制造商包括
TiAl3 粉末制造商
| 公司名称 | 产品等级 | 地点 |
|---|---|---|
| 阿梅泰克 | TiAl3-100A、TiAl3-500 | 美国 |
| AP&C | TiAl3-230、TiAl3-360 | 加拿大 |
| 山特维克 | TiAl3鹗粉 | 瑞典 |
| TLS 技术 | TiAl3-100A | 德国 |
| 普莱克斯 | TiAl3-100A | 美国 |
TiAl3 粉末定价
| 等级 | 颗粒大小 | 价格范围 |
|---|---|---|
| TiAl3-100A | 15-45 μm | $450-$550/kg |
| TiAl3-230 | 45-180 μm | $350-$450/kg |
| TiAl3-500 | 10-45 μm | $500-$600/kg |
价格取决于采购量、纯度、粒度分布和形态。也可定制合金成分，但价格较高。
常见问题
问：生产 TiAl3 粉末的方法有哪些？
答：主要生产方法有气体雾化法、等离子旋转电极法和机械合金法。每种方法都会产生不同的粉末特性，适合不同的应用。
问：TiAl3 是否与钛合金兼容？
答：TiAl3 在钛合金（如 Ti6Al4V）中的固溶性非常有限。不建议将 TiAl3 粉末与钛合金粉末混合，因为会形成脆性金属间相。
问：TiAl3 可以添加哪些合金元素？
答：Nb、Cr、Ni、Cu 等元素已与 TiAl3 进行合金化，以改变微观结构和机械性能。但是，过度合金化会对抗氧化性产生负面影响。
问：PREP 和气体雾化 TiAl3 粉末有什么区别？
答：PREP 粉末具有细小的球形颗粒，是增材制造的理想选择，而气体雾化粉末的颗粒稍粗，成本效益更高，适合压制和烧结。
问：处理 TiAl3 粉末时应采取哪些预防措施？
答：TiAl3 粉末易燃且易氧化。应穿戴适当的个人防护设备，并在惰性气氛下处理，以防止污染。湿气和氧气会降低粉末质量。
结论
总之，TiAl3 是一种重要的高温金属间化合物材料，以粉末形式存在，可用于各种应用领域。其低密度、高强度和高温抗氧化等特性使其适用于航空航天、汽车和能源行业。粉末的正确处理、储存和测试是实现最终零件性能的关键。尽管在机加工性能和室温延展性方面存在一些限制，但与传统钛合金相比，TiAl3 在高温结构应用领域仍具有优势。正在进行的研究旨在通过添加合金和创新加工技术来进一步改进这种材料。
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