TC4 粉末又称碳化钛，是一种由钛和碳组成的极硬陶瓷材料。它具有高硬度、优异的耐磨性、良好的导热性和高抗化学侵蚀性等特点。TC4 粉末可应用于多种行业，包括航空航天、汽车、军事、金属切削和成型工具等。
TC4 粉末的成分
TC4 粉末含有钛和碳，其比例因等级而异。碳化钛的化学式为 TiC，但商用 TC4 粉末的碳含量按重量计从 6.25% 到 11.7% 不等。
| 要素 | 重量 % |
|---|---|
| 钛 (Ti) | 88.3 – 93.75 |
| 碳 (C) | 6.25 – 11.7 |
通过控制钛和碳的比例，制造商可以定制硬度、韧性和导热性等性能。碳含量较高的 TC4 牌号硬度更高，而碳含量较低的牌号韧性更大。
TC4 粉末的性能和特点
TC4 粉末因其优异的硬度和耐磨性以及良好的耐腐蚀性而脱颖而出。以下是其主要技术特点和性能：
| 物业 | 详细信息 |
|---|---|
| 硬度 | 2800-3100 HV，高碳变体可达 3500 HV |
| 密度 | 4.9 - 5.2 克/立方厘米 |
| 熔点 | 3160°C |
| 导热性 | ~35 W/m-K |
| 热膨胀系数 | 7.4 x 10-6/K |
| 杨氏模量 | 450 GPa |
| 抗压强度 | 1.7 - 3.5 GPa |
| 耐化学性 | 耐酸、碱、盐和氧化环境，最高温度可达 800°C |
无与伦比的硬度使 TC4 成为磨损保护和切削应用的理想材料。它在高温下仍能保持强度和耐腐蚀性。高导热性提高了刀具和刀片的散热性能。
TC4 粉末的规格和等级
TC4 粉末有各种粒度、含碳量和纯度等级，可满足各种应用要求：
| 规格 | 详细信息 |
|---|---|
| 颗粒大小 | 0.5 - 45 微米 |
| 碳含量 | 低 (6.25%)、中 (8%)、高 (10-11.7%) |
| 纯净 | 最高 99% |
| 晶体结构 | 立方体 |
| 粉末形态 | 角状、颗粒状、球状 |
| 年级 | R、P、S、M |
| 标准 | ISO、RoHS |
常见的 TC4 粉末等级包括
- R 级 - 用于中碳烧结产品 8%
- P 级 - 用于特殊应用的高纯度
- S 级 - 用于喷涂和焊接产品
- M 级 - 用于成型和压制
更高的纯度、可控的粒度分布和一致的形貌，造就了更高质量的烧结零件。
TC4 粉末的应用和用途
TC4 粉末的独特性能使其适用于以下应用：
| 行业 | 应用 |
|---|---|
| 金属切割 | 可转位刀片、立铣刀、钻头、铰刀 |
| 金属成型 | 挤压模具、压装模具、拉丝模具 |
| 采矿 | 凿岩钻头、钻井刀片 |
| 汽车 | 凸轮轴、阀门、密封件 |
| 航空航天 | 空气密封件、发动机部件 |
| 电子产品 | 热导体、触点 |
| 纺织品 | 纺织机械零件 |
| 水泵 | 密封件、轴承 |
| 医疗 | 手术工具、植入物 |
汽车行业将 TC4 粉末用于凸轮、阀门和其他需要耐热和耐磨的发动机部件。航空航天业则将其用于需要在高温下保持稳定的空气密封件。TC4 粉末还可制成出色的切削刀片，延长刀具寿命。
TC4 粉末与替代品的比较
以下是 TC4 粉末与其他硬质材料在特性和性能方面的比较：
| 物业 | TC4 | 碳化钨 | 碳化硅 |
|---|---|---|---|
| 硬度 | 2800 - 3500 HV | 1300 - 1900 HV | 2300 - 3000 HV |
| 韧性 | 中型 | 更高 | 较低 |
| 导热性 | 更高 | 较低 | 更高 |
| 耐化学性 | 优秀 | 贫穷 | 优秀 |
| 抗氧化性 | 良好 | 优秀 | 良好 |
| 费用 | 中型 | 更高 | 较低 |
TC4 粉末的优点
- 硬度极高，耐磨性极佳
- 耐腐蚀性优于碳化钨
- 导热性高于碳化钨
- 成本低于碳化钨
TC4 粉末的局限性：
- 比碳化钨更脆，容易崩裂
- 化学惰性不如碳化硅
- 温度稳定性低于碳化硅
因此，对于大多数应用而言，TC4 是硬度、韧性、热性能和成本的最佳组合。它在磨损保护方面优于碳化钨，在高温稳定性方面优于碳化硅。
TC4 粉末定价
TC4 粉末比钛粉贵，但比碳化钨粉便宜。以下是每公斤的典型价格：
| 等级 | 纯净 | 价格（$/公斤） |
|---|---|---|
| R | 99% | 70 – 90 |
| P | 99.5% | 100 – 130 |
| S | 97% | 50 – 70 |
| M | 96% | 40 – 60 |
价格因以下因素而异
- 纯度和氧/氮含量
- 粒径分布
- 粉末形态（角形、球形）
- 购买数量
- 供应商品牌
颗粒大小可控的高纯度 TC4 粉末价格高达 $130/kg，而用于压制或焊接的低纯度等级则约为 $40/kg。
在哪里购买 TC4 粉
以下是一些生产和销售 TC4 碳化钛粉末的全球领先供应商：
| 供应商 | 地点 |
|---|---|
| 微米金属 | 美国 |
| 大西洋设备工程师公司 | 美国 |
| Met3DP | 中国 |
| I-Matec | 德国 |
| Inframat 高级材料公司 | 美国 |
| 北京博宇科技有限公司 | 中国 |
在选择 TC4 粉末供应商时，应考虑以下因素
- 声誉和经营年限
- 质量认证
- 纯度水平
- 粒度控制
- 粉末形态
- 生产能力
- 定价
- 客户服务和技术支持
Micron Metals、ZhuZhou GuangYuan 和 Inframat Advanced Materials 等老牌公司是领先的生产商，拥有严格的质量控制和有竞争力的价格。
TC4 粉末：常见问题
问：TC4 和 TC16 粉末等级有什么区别？
答：TC16 粉末的碳含量较低，约为 6.25%，而 TC4 粉末的碳含量中等，约为 8%。因此，TC16 的韧性较高，而 TC4 的硬度较高。
问：TC4 粉末有毒吗？
答：TC4 粉末被认为相对无毒。但接触皮肤或眼睛时可能会产生刺激。处理时应使用适当的个人防护设备。
问：制作 TC4 部件的最佳方法是什么？
答：大多数 TC4 部件都是通过烧结 TC4 粉末制成的。也可采用冷压和热等静压工艺。也可采用 CVD 法沉积 TC4。
问：哪些行业使用 TC4 粉末最多？
答：切削工具、航空航天发动机部件、汽车部件和采矿工具是 TC4 粉末的主要消费领域。硬度、耐磨性和耐温性的结合使其成为这些应用的理想选择。
问：TC4 粉末会生锈吗？
答：不会，TC4 粉末不易生锈或腐蚀。由于含有稳定的碳化钛，它具有极佳的耐腐蚀性。TC4 在各种化学物质中都能保持其特性。
问：TC4 粉末是细粒的还是粗粒的？
答：TC4 粉末有细微颗粒和较粗颗粒两种。10 微米以下的细粉首选用于烧结，而 20-45 微米的粗粉则用于焊接或热喷涂。
问：TC4 粉末可以 3D 打印吗？
答：是的，先进的粘合剂喷射和激光粉末床融合技术允许使用 TC4 粉末进行复杂几何形状的三维打印，以提高硬度、强度和耐磨性。