Prášek TiAl3

Prášek TiAl3 je intermetalická sloučenina složená z titanu a hliníku. Je lehký, odolný proti oxidaci a snese vysoké teploty. Díky tomu je vhodný pro použití v letectví, automobilovém průmyslu, energetice a dalších aplikacích s vysokým výkonem.

Některé klíčové vlastnosti a charakteristiky prášku TiAl3:

Vlastnosti a charakteristika prášku TiAl3

Chemický vzorec	TiAl3
Hustota	3,4 g/cm3
Teplota tání	1395¡«C
Youngův modul	170 GPa
Součinitel tepelné roztažnosti	11 x 10^-6 K^-1
Tepelná vodivost	29 W/m-K
Elektrický odpor	125 ×´Î-cm
Oxidační odolnost	Výjimečné až 1000 °C

Prášek TiAl3 lze vyrobit různými způsoby, včetně plynové atomizace, plazmového procesu s rotující elektrodou (PREP) a mechanického legování. Velikost prášku, morfologie, složení, mikrostruktura a další vlastnosti závisí na výrobním postupu.

Obsah titanu se pohybuje obvykle v rozmezí 55–65 hm. % a hliník tvoří zbytek. Může být přítomno malé množství chromu, niobu, uhlíku nebo kyslíku až do maximální 1 %. Poměr Ti: Al lze upravit za účelem optimalizace vlastností.

Vlastnosti prášku TiAl3

Nemovitost	Hodnota
Hustota	3.7-4.0 g/cm3
Teplota tání	1350 před naším letopočtem
Tepelná vodivost	~20 W/m-K
Elektrický odpor	125–185 × 13–17 cm
Youngův modul	160–180 GPa
Poissonův poměr	0.25-0.35
Součinitel tepelné roztažnosti	11-13 x 10-6?¡«C

Hlavní vlastnosti zahrnují nízkou hustotu ve srovnání s titanovými slitinami, vysokou teplotu tání, střední tepelnou vodivost a zachování pevnosti a tuhosti při vysokých teplotách.

Charakteristika prášku TiAl3

Atribut	Podrobnosti
Tvar částice	Převážně kulovitý
Velikost částic	10 – 150 Ã…m
Tečení	Dobré
Zdánlivá hustota	~2,5 g/cm3
Hustota poklepání	~3,5 g/cm3
Povrchová plocha	0,1–0,3 m2/g
Čistota	99,5%

Prášek TiAl3 má kulovitou morfologii s hladkým povrchem, dobrými vlastnostmi toku a balení. Má nízký obsah kyslíku a dusíku, aby se zabránilo křehnutí.

Použití TiAl3 prášku

Mezi hlavní aplikace využívající vlastnosti TiAl3 patří:

Využití prášku TiAl3 v aditivní výrobě

• Prášek TiAl3 se používá v procesech tavného spojování práškových lůžek, jako je například selektivní laserové tavení (SLM) a tavení svazkem elektronů (EBM), pro výrobu komplexních součástí z titanového aluminidu pro letectví a automobilový průmysl.
• Má nižší reaktivitu a jednodušší tisknutelnost, než je slitina Ti6Al4V metodách práškového aditivního AM. Díly TiAl3 mají jemnozrnnou mikrostrukturou a mechanickými vlastnostmi srovnatelnými s licími a kovanými slitinami.
• AM s TiAl3 umožňuje lehčí konstrukce, snížení počtu dílů a konsolidaci sestav lopatek turbín, kol turbodmychadel, komponent výfuků atd.

Aplikace prášku TiAl3 při tepelném stříkání

• Tepelně stříkané povlaky prášku TiAl3 poskytují odolnost proti oxidaci a korozi při vysokých teplotách u lopatek turbíny, vnějších lamel, spalovacích komor, atd.
• Má vyšší teplotní odolnost než niklové slitiny a titanové povlaky. Povlaky TiAl3 mohou pracovat při 700-900 ¡«C.
• Nátěry se aplikují pomocí plazmového stříkání, vysokorychlostního oxy-palivového (HVOF) procesu nebo teplého stříkání. Běžná tloušťka nátěru je 150–500 mikronů.

Použití prášku TiAl3 v laserovém návaru

• Prášok TiAl3 může být na podklady z titanové nebo niklové slitiny kladen laserem, aby vytvořil ochrannou vrstvu ze slitiny na povrchu.
• Potah vytváří zlepšenou pevnost při vysoké teplotě, odolnost proti oxidaci a proti opotřebení.
• Laserové nanášení se používá na součástky leteckých motorů a suchozemských turbín, které jsou vystaveny podmínkám horké koroze.

Specifikace prášku TiAl3

TiAl3 prášek je k dispozici v několika standardních stupních, které odpovídají specifikacím, jako jsou:

Složení prášku TiAl3

Hodnost	Ti wt%	v hm. %	Další
Ti-45Al-3Nb	45%	Balance	3 % Nb
Ti-55Al	55%	Balance	–
Ti-62Al	62%	Balance	–

Běžné kompozice jsou založeny na obsahu titanu, jako je Ti-45Al, Ti-55Al nebo Ti-62Al, představující hmotnostní procento titanu. Může být přítomno malé množství chromu nebo niobu.

Rozdělení velikosti částic prášku TiAl3

Velikost částic	Distribuce
-150 +45 Ã×m	Max 5 %
-45 +22 Ã-m	40-60%
-22 dní	Balance

Typické velikosti částic pro procesy AM se soustředí okolo 22-45 µm s minimálními jemnými částicemi menšími než 22 µm. Větší velikosti částic až 150 µm jsou využívány při tepelném stříkání.

Standardy prášku TiAl3

• ASTM B821 – norma pro přípravu žáruvzdorných prášků a kompaktních materiálů z nich pomocí plazmové techniky
• AMS 4982 – Práškové spotřební materiály, titanové aluminidy, plazmově atomizované
• AMS 7008 – Titanový aluminid z lehkých slitin pro tepelné povlaky

VÝROBA PRÁŠKU, ODBĚR VZORKŮ, ZKUŠEBNÍ KONTROLA A PŘEJÍMKA JSOU PRO REFRAKTORNÍ SLITINY A TITANOVÉ ALUMINIDY VELIKOSTI ULTRAHODIN VYROBENA NA PRŮMYSLOVÉ STANDARDY.

Prášek TiAl3 má ve srovnání s jinými běžně používanými prášky určité výhody a nevýhody:

Porovnání prášku TiAl3 s dalšími prášky

Parametr	TiAl3	Ti6Al4V	AlSi10Mg
Hustota	Nizší	Vyšší	Nizší
Pevnost při vysokých teplotách	Vyšší	Nizší	Mnohem nižší
Oxidační odolnost	Výborný	Střední	Špatné
Tepelná vodivost	Vyšší	Nizší	Vyšší
Cena	Vyšší	Nizší	Nizší
Vyrobitelnosti	Těžší	Snadnější	Snadnější
APLIKACE	Letectví, automobilový průmysl	Aerospace, biomedicína	Automobilový, všeobecný

• TiAl3 má vyšší pevnost než titanové slitiny jako Ti6Al4V při teplotách nad 600 °C.
• V porovnání s titanovými a hliníkovými slitinami nabízí lepší odolnost proti oxidaci
• Dráží než slitiny titanu kvůli vysokému obsahu hliníku
• Nelze tak snadno obrábět ani tvarovat jako titanové slitiny při pokojové teplotě
• Nejvhodnější pro vysokoteplotní konstrukční aplikace

Pochopením toho, kde TiAl3 překonává nebo zaostává v porovnání s jinými slitinovými systémy, mohou být určeny ideální aplikace pro využití jeho výhod.

Dodavatelé prášku TiAl3

TiAl3 prášek je komerčně dostupný od několika dodavatelů celosvětově. Někteří z největších výrobců jsou:

Výrobci TiAl3 prášku

Společnost	Hodnocení produktů	Umístění
AMETEK	TiAl3-100A, TiAl3-500	USA
AP&C	TiAl3-230, TiAl3-360	Kanada
Sandvik	Prášek TiAl3 Osprey	Švédsko
TLS Technologie	TiAl3-100A	Německo
Praxair	TiAl3-100A	USA

Ceny prášku TiAl3

Hodnost	Velikost částic	Cenové rozpětí
TiAl3-100A	15–45 μm	1000-1200 Kč/kg
TiAl3-230	45–180 um	350–450 Kč/kg
TiAl3-500	10-45 Ã×m	$500–$600/kg

Ceny se odvíjejí od objemu nákupu, úrovní čistoty, distribuci velikosti částic a morfologie. Zákaznické složení slitin je také možné, ale drahé.

Časté dotazy

Otázka: Jaké metody je možno použít k výrobě prášku TiAl3?

A: Hlavní výrobní metody jsou plynová atomizace, plazmový proces rotující elektrody a mechanické legování. Každá metoda vede k různým vlastnostem prášku určeným pro různé aplikace.

Otázka: Je TiAl3 kompatibilní s titanovými slitinami?

TiAl3 má velmi omezenou pevnost v tahu v titanových slitinách, jako je Ti6Al4V. Směs prášků TiAl3 s prášky titanových slitin se kvůli tvorbě křehkých intermetalických fází nedoporučuje.

Otázka: Jaké legující prvky lze přidat do TiAl3?

A: U TiAl3 wurden Elemente wie Nb, Cr, Ni und Cu legiert, um Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften zu modifizieren. Allerdings kann sich ein zu großer Legierungsanteil negativ auf die Oxidationsbeständigkeit auswirken.

Ot: Jaký je rozdíl mezi PREP a plynově atomizovaným práškem TiAl3?

A: PREP prášek má jemné sférické částice ideální pro aditivní výrobu, zatímco prášek atomizovaný plynem má nepatrně hrubší, ekonomičtější částice vhodné pro lisování a spékání.

Q: Jaká bezpečnostní opatření je nutné dodržovat při manipulaci s práškem TiAl3?

A: Prášek TiAl3 je hořlavý a náchylný k oxidaci. Při manipulaci musí být používány vhodné osobní ochranné prostředky (OOP) a manipulace by se měla provádět v inertní atmosféře, aby se zabránilo kontaminaci. Reakce prášku s vlhkostí a kyslíkem zhoršují jeho kvalitu.

Závěr

Stručně řečeno, TiAl3 je důležitý vysokoteplotní intermetalický materiál dostupný ve formě prášku pro různé aplikace. Jeho vlastnosti, jako je nízká hustota, pevnost a odolnost proti oxidaci při zvýšených teplotách, jej činí vhodným pro letecký, automobilový a energetický průmysl. Správná manipulace, skladování a testování prášku jsou zásadní pro dosažení konečných vlastností součásti. TiAl3 nabízí výhody oproti konvenčním titanovým slitinám pro konstrukční použití při vysokých teplotách, a to i přes určitá omezení v oblasti obrobitelnosti a tažnosti při pokojové teplotě. Současný výzkum se zaměřuje na další zlepšení materiálu přidáváním legujících prvků a inovativních metod zpracování.