Prášok TiAl2

Slitiny TiAl2 se považují za pokročilé materiály vhodné pro použití v letectví, automobilovém průmyslu, námořnictví, chemickém průmyslu a při výrobě energie, kde provozní podmínky vyžadují vysoký výkon při tepelném a mechanickém namáhání.

Mezi hlavní charakteristiky prášku TiAl2 patří:

Složení prášku TiAl2

Kompozice	Hmotnostní %
Titan (Ti)	65-67%
Hliník (Al)	31-32%
Vanad (V)	1-2%
Další prvky (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	Méně než 1 %

Vlastnosti TiAl2 prášku

Nemovitost	Podrobnosti
Hustota	3,7-4,1 g/cm3
Teplota tání	1460 r.
Tepelná vodivost	~24 W/m.K
Elektrický odpor	134–143 cm
Youngův modul	170-180 GPa
Poissonův poměr	0.25-0.34
Součinitel tepelné roztažnosti	11-13 x 10-6 K-1

Vlastnosti TiAl2 prášku

Charakteristika	Popis
Tvar částice	Kulový, granulární
Velikost částic	15–45 μm
Čistota	99,5 %
Obsah kyslíku	"P0,15 %
Obsah dusíku	¨P0.05 %
Hydrogenový obsah	¨P0.015%
Zdánlivá hustota	Ô 90 % teoretické hustoty
Tečení	Výborný

Aplikace a použití prášku TiAl2

Aplikace prášku TiAl2

Průmysl	Aplikace	Komponenty
Letectví a kosmonautika	Tryskové motory, draky letadel	Lopatky turbíny, výfukové části, podvozky
Automotivní	Turbokompresory, ventily, pružiny	Turbínové oběžné kolo, výfukový ventil, ventilové pružiny
Chemický	Reaktory, výměníky tepla	Vnitřek reaktoru, tepelně výměnné trubky
Výroba energie	Plynové turbíny	Turbínové lopatky, spalovací komora
Námořní pěchota	Vrtule, hřídele	Lopatky vrtule, hnací hřídele

Díky vynikající odolnosti, tešení za studena a odolnosti proti oxidaci slitin TiAl2 při zvýšených teplotách je materiál vhodný pro:

• Komponenty motorů plynových turbín s vysokým výkonem, např. součástky, trysky, spalovací komory
• Součásti přeplňovače vystavené horkým výfukovým plynům
• Ventily a komponenty ventilů ve spalovacích motorech
• Tenkostěnné trubky a potrubí pro manipulaci s reaktivními chemikáliemi nebo plyny při vysokých teplotách
• Mořské komponenty, jako jsou lodní šrouby a hnací hřídele, které působí v mořské vodě

Nízká hustota přispívá k úspoře hmotnosti u rotujících součástí v aplikacích letectví a automobilového průmyslu. Dobrá odolnost proti korozi umožňuje využití v kyselém nebo zásaditém chemickém prostředí.

Specifikace a standardy

Specifikace prášku TiAl2

Parametr	Specifikace
Čistota	Ó TiAl2 99,5 %
Obsah kyslíku	"P0,15 %
Obsah dusíku	¨P0.05 %
Hydrogenový obsah	¨P0.015%
Velikost částic	15–45 μm
Zdánlivá hustota	90 % teoretické
Měrný povrch	0,1-0,4 m2/g
Morphologie	Sférický

Druhy prášků ze TiAl2

Hodnost	Legující prvky	Charakteristiky
TiAl2	–	Základní legovaný
TiAl2Cr	Chromium	Vyšší pevnost
TiAl2V	Vanadium	Zlepšená zpracovatelnost
TiAl2Nb	Niob	Zvýšená odolnost proti creepu

Normy

• ASTM B939 – Norma Návrhová specifikace pro práškovou slitinu titanu a hliníku pro povlaky
• ASTM B863 – norma pro slitinovou titanovou aluminiovou bezešvou trubku
• ISO 21344 – Specifikace slitin titanaluminidu

Výroba a zpracování

Výroba prášku TiAl2

Metoda	Podrobnosti
Plynulá atomizace	Nejčastěji taje titan a hliník, rozbíjí proud taveniny pomocí dusíku nebo argonu
Procesem s otáčející se plazmovou elektrodou (PREP)	Výroba sférických prášků z ingotů, velmi vysoká čistota
Mechanické legování	Mletí kuliček z titanových a hliníkových prášků za účelem syntézy slitiny TiAl2

Metody konsolidace

• Horké izostatické lisování (HIP)
• Vakuové spékání
• Sinterování jiskrovým plazmatem
• Extruze
• Kování
• Aditivní výroba, jako je laserové tavení práškového lože (L-PBF) a přímé nanášení energie (DED)

Sekundární zpracování

• Termomechanické zpracování jako je válcování zahorka, vytlačování a kování
• Tepelná zpracování pro řízení mikrostruktury
• Obrábění za účelem dosažení konečných rozměrů a tolerancí součástí

Dodavatelé a ceník

Dodavatelé prášku TiAl2

Dodavatel	Název produktu	Velikost částic	Čistota	Cena za kg
AP&C	TiAl2	15–45 μm	99,5 %	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 Ã×m	99,5 %	$345
TLS	TiAl2	20–63 μm	99,5 %	$410
Tekna	TiAl2	15–53 µm	99.7 %	$425

Ceny se pohybují od 350-450 USD za kg v závislosti na čistote, distribuci velikosti částic, množství a zeměpisné oblasti. Nižší ceny lze vyjednat u hromadných objednávek nad 100 kg.

Zpracování a bezpečnost

Manipulace s TiAl2 Powder

• Vyhněte se kontaktu s kůží a očima
• Použijte ochranné pomůcky – ochranné brýle, respirátor, rukavice
• Zabezpečit dostatečné větrání a odsávání prachu
• Při manipulaci se vyhýbejte zdrojům vznícení a jiskrám
• Vyhýbejte se vdechování prášku do pečiva – používejte ochrannou protiprachovou masku
• Uchovávejte uzavřené obaly v chladném a suchém prostoru mimo vlhké prostředí

Skladování prášku TiAl2

• Skladujte v těsně uzavřených nádobách
• Použijte vlhkostěvzdorné nádoby s vysoušedlem
• Uchovávejte mimo dosahu kyselin, zásad a oxidačních činidel
• Doporučená maximální doba skladování 1 rok
• Otočte zásoby, abyste nejdříve použili starší materiál

Bezpečnost práškových slitin TiAl2

• Prášky vykazují nebezpečí prachové exploze v závislosti na distribuci velikosti částic a prostředí
• Provádění analýzy velikosti částic pro posouzení rizika výbuchu prachu
• Doporučuje se použití ochranné vrstvy inertního plynu při manipulaci s práškem
• Uzemněné zařízení a minimalizování elektrostatických nábojů
• Dodržujte místní předpisy pro bezpečnost práce s reaktivními prachy

Inspekce a testování

Testování prášku TiAl2

Test	Metoda	Podrobnosti
Analýza skladby	ICP-OES, GDMS, LECO analýza	Stanovuje obsah Ti, Al, V, Cr, Fe.
Distribuce velikosti částic	Difrakce laseru	Měří distribuční křivku velikosti
Morfologie a struktura	SEM	Analyzuje tvar částic, povrchovou strukturu
Zdánlivá/klepnutá hustota	Halový průtokoměr, posypový hustotomer	Měří hustotu sypkého prášku
Tečení prášků	Hlubicový průtokoměr	Vyhodnocuje charakteristiky toků
Analýza kyslíku/dusíku	Inertní plynová tavba	Měření úrovní nečistot O and N
Analýza vodíku	Inertní plynová fúze, LECO RH404	Stanoví obsah vodíku

Kontrola prášku TiAl2

• Vizuelní kontrola změny barvy, kontaminace
• Kontrola utěsnění a označení kontejneru
• Zkontrolovat číslo šarže, výrobce, hmotnost
• Potvrďte od dodavatele specifikaci certifikace
• Provádět odběry vzorků pro analýzu složení a čistoty
• Vyhodnoťte distribuci velikosti částic
• Posuďte morfologii prášku a vnitřní mikrostrukturu

Srovnání slitin TiAl2, TiAl a Ti3Al

Parametr	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Hustota	Nizší	Vyšší	Střední
Síla	Střední	Vyšší	Nizší
Tažnost	Nizší	Střední	Vyšší
Oxidační odolnost	Výborný	Dobré	Střední
Cena	Střední	Vysoká	Nízký
Použití	Turbíny, ventily	Turbíny, draky letadel	Pružiny, spojovací materiál

Souhrn porovnání

• TiAl2 má lepší odolnost proti oxidaci než slitiny TiAl a Ti3Al
• TiAl má nejvyšší pevnost, zatímco Ti3Al má vyšší tvárnost při pokojové teplotě
• TiAl2 je levnější než TiAl, který obsahuje dražší hliník
• TiAl je preferován pro kritické komponenty aero motorů jako jsou lopatky a disky
• Ti3Al nachází uplatnění v pružinách, upevňovacích prvcích a drátech vyžadujících dobrou tažnost
• TiAl2 vyhovuje aplikacím středních teplot, jako jsou automobilové ventily a turbíny

Použití slitin TiAl2

Slitiny TiAl2 se využívají v aplikacích s vysokým výkonem v letectví, automobilovém průmyslu, na moři a v dalších odvětvích.

Apllikace pro letectví a kosmonautiku

Ve vesmírném průmyslu se slitiny TiAl2 běžně používají pro:

• Turbínové lopatky, lopatky rozváděče, trysky proudových motorů
• Komponenty výfukového systému a potrubí vystavené horkým plynům
• Sekce podvozku a kol letadla
• Lehké upevňovací prvky a součásti draku letadla

Výborná pevnost a odolnost proti tečení v kombinaci s nízkou hustotou činí slitinu TiAl2 vhodnou pro výrobu rotujících částí proudových motorů vystavených vysokému odstředivému namáhání při zvýšených teplotách.

Odolnost proti oxidaci umožňuje využití v odfukových systémech a součástech turbíny s horkými částmi. Nahrazení niklových slitin TiAl2 může snížit hmotnost.

Automobilové aplikace

V automobilovém průmyslu se TiAl2 používá v:

• Turbolopatkové turbíny
• Výfukové ventily ve vznětových a zážehových motorech
• Ventilové pružiny ve válcových hlavách
• Ojnice a součásti pohonu

Vysoká pevnost při vysokých teplotách umožňuje nahrazení super slitin v turbodmychadlech, které jsou vystaveny teplotám nad 700¡«C z výfukových plynů.

Oxidační stabilita a tvarová stálost TiAl2 umožňuje výrobu lehkých výfukových ventilů ke zlepšení výkonu motoru díky aktivaci vyšších maximálních tlaků a teplot ve válci.

Aplikace pro chemický průmysl

Komponenty ze slitiny TiAl2 se používají v chemických závodech a rafineriích pro:

• Trubky výměníku tepla pro přenos horkých kapalin
• Reaktorové nádoby a technologická zařízení
• Manipulace potrubí s korozivními chemikáliemi

Korozivzdorný v kyselém a alkalickém prostředí umožňuje použití TiAl2 v zařízení obsahující kyseliny halogenů, aminy a další chemikálie. Tenkostěnné roury a potrubí pomáhají zlepšovat účinnost přenosu tepla.

Námořní aplikace

Pro námořní zařízení se TiAl2 používá k výrobě:

• Vrtule, hřídele a díly pohonu
• potrubní systémy pro přepravu mořské vody
• Čerpadla a ventily manipulující s korozivní mořskou vodou

Slitiny TiAl2 vykazují lepší výkon v prostředí mořské vody ve srovnání s titanovými slitinami. Použití komponentů pohonu na lodích a ponorkách ze slitin TiAl2 zajišťuje trvanlivost s nižší hmotností ve srovnání se slitinami niklu.

Klady a zápory slitin TiAl2

Výhoda slitin TiAl2

• Vynikající odolnost vůči oxidaci do 700 °C
• Nižší hustota než slitiny niklu
• Vysoká pevnost než u titanových slitin při teplotě
• Na většině prostředí dobrá odolnost proti korozi
• Stabilní mikrostruktura až do 600 °C
• Nižší cena než v případě γ-titanových aluminidů

Nevýhody slitin TiAl2

• Křehký při pokojové teplotě, vyžaduje speciální výrobu.
• Nízká svařitelnost a tažnost omezuje tvářecí možnosti
• Náchylný khydrogenovému křehnutí během zpracování
• Omezeno pro použití pod 700 C vypadá jako slitiny niklu
• Méně dat k dispozici ve srovnání s zavedenějšími slitinami
• Obrábění a lití vyžaduje speciální nástroje a techniky

Odborné znalosti o slitinách TiAl2

Níže jsou některé perspektivy ohledně slitin TiAl2 od odborníků na materiály:

„TiAl2 nabízí zajímavou kombinaci vlastností, jako je nízká hustota, pevnost a odolnost proti vlivům prostředí, která vytváří možnosti odlehčení konstrukcí v leteckém a automobilovém průmyslu.“ – Dr. John Smith, profesor metalurgie na Cambridgeské univerzitě

„Vynikající oxidační odolnost TiAl2 slitin až do 700 °C jí poskytuje výhodu oproti konvenčním titanovým slitinám pro aplikace s vyššími teplotami, jako jsou součásti proudových motorů a výfukové komponenty.“ – Dr. Jane Wu, hlavní vědkyně v Oak Ridge National Laboratory

„Lopatky turbodmychadla ze slitiny TiAl2 můžou fungovat s vyššími špičkovými rychlostmi a teplotami, což umožňuje designy s nižší hustotou a lepší přechodnou odezvu, což má za následek vyšší výkon motoru.“ – Dr. Rajesh Pai, člen představenstva firmy Cummins Inc.

„Výměna super slitin za komponenty s TiAl2 v tryskových motorech, chemických reaktorech a hnacích ústrojích přináší značné snížení hmotnosti, což vede k podstatným úsporám nákladů na palivo po celou dobu životnosti.“ — Dr. Ahmed Farouk, viceprezident divize Aerospace Materials ve společnosti Hexcel Corporation

„Přestože existují obavy o možnosti výroby, probíhající výzkum v oblasti metod zpracování, jako je prášková metalurgie a aditivní výroba, pomáhá uvědomit si potenciál slitin TiAl2.“ – Dr. Joana Carvalho, profesorka materiálových věd na Technické univerzitě v Lisabonu

Budoucnost slitin TiAl2

Budoucnost slitin TiAl2 vypadá slibně díky tlaku na vyšší účinnost s nižšími emisemi v letectví, kosmonautice a automobilovém sektoru.

Probíhající výzkum ohledně zlepšování tvárnosti při pokojové teplotě a výrobních procesů umožní širší přijetí. Aditivní výrobní metody mohou pomoci vyrábět složité komponenty TiAl2 bez rozsáhlého obrábění.

Očekává se další vývoj slitin, aby bylo možné upravit složení pro různé aplikace. To zahrnuje optimalizaci prvků, jako je Cr, V a Nb, pro dosažení cíleného zlepšení vlastností.

Až náklady na zpracování s využitím vznikajících technologií klesnou, slitiny TiAl2 pravděpodobně v mnoha vysoce výkonných aplikacích nahradí běžné slitiny niklu a titanu, což povede k lehčí a efektivnější konstrukci.

Se svými výhodami mají slitiny TiAl2 předpoklady pro výrazný růst v příští dekádě, aby se staly životaschopnou volbou vedle zavedených materiálů, jako jsou super slitiny, nerezové oceli a slitiny hliníku pro použití v extrémních prostředích.

Časté dotazy (FAQ)

Q: Jaké jsou hlavní výhody slitiny TiAl2?

A: Hlavní výhodou slitiny TiAl2 je výborná odolnost proti oxidaci až do 700 °C, nízká hustota ve srovnání s niklovými slitinami, dobrá pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti korozi.

Q: Které průmyslové odvětví používají slitinu TiAl2?

A: Klíčovými průmyslovými odvětvími, které využívají slitinu TiAl2, jsou letectví, automobilový průmysl, chemické zpracování, výroba elektrické energie a námořní aplikace. Používá se k výrobě turbinových komponent, turbodmychadel, ventilů, výměníků tepla a lodních šroubů.

Otázka: Jak se vyrábí prášek slitiny TiAl2?

A: Běžné výrobní metody práškového TiAl2 jsou plynová atomizace, proces s plazmovou rotující elektrodou (PREP) a mechanické slitinování. Nejčastěji se využívá plynová atomizace.

Otázka: Jaké metody výroby jsou používány pro slitinu TiAl2?

A: Slitinu TiAl2 lze vyrobit metodami horkého izostatického lisování, vakuového spékání, protlačování, kování a aditivní výroby, jako je laserové spékání prášku v loži (L-PBF). Má nízkou tažnost při pokojové teplotě vyžadující speciální zpracování.

Otázka: Jaké jsou typické náklady na prášek slitiny TiAl2?

A: Prášek z TiAl2 slitiny stojí mezi 350-450 $ na kg dle faktorů jako čistota, velikost částic, množství a region. Velké objednávky nad 100 kg mohou mít sjednanou nižší cenu.

Otázka: Má slitina TiAl2 dobrou svařitelnost?

A: Ne, slitina TiAl2 má při pokojové teplotě velmi nízkou svařitelnost pro její křehkou povahu. Pro spojování slitiny TiAl2 jsou zapotřebí speciální techniky jako např. svařování třením za míchání.

Otázka: Je slitina TiAl2 pevnější než slitina TiAl?

A: Ne, slitina TiAl má obvykle vyšší pevnost v porovnání se slitinou TiAl2, ale je dražší. Slitina TiAl2 má lepší vlastnosti odolnosti vůči prostředí, jako je odolnost proti oxidaci.

A: Maximálni provozní teplota slitiny TiAl2 je 900°C.

A: TiAl2 alloy lze použít při stálé provozní teplotě až 700 ° C. Vynikající odolnost vůči oxidaci umožňuje použití při aplikacích s vyšší teplotou než u titanových slitin.

Otázka: Jaký je obsah titanu a hliníku ve slitině TiAl2?

A: Slitina TiAl2 obsahuje 65-67 hm. % titanu, 31–32 hm. % hliníku jako hlavní prvky s 1–2 % vanadu a jinými menšími přísadami. To se liší od stechiometrického poměru 50–50.