Složení prášku slitiny TiNbZrSn

Prášek slitiny TiNbZrSn se skládá z následujících prvků:

Element	Hmotnostní %
Titan (Ti)	35-40%
Niob (Nb)	35-40%
Zirkon (Zr)	5-10%
Cín (Sn)	5-10%

Tato přesná kombinace titanu, niobu, zirkonia a cínu vytváří slitinu se skvělou pevností, tvrdostí a pružností ve srovnání s běžnými slitinami. Zejména obsah niobu výrazně vylepšuje mechanické vlastnosti.

Pečlivou kontrolou poměrů kovových složek se mohou vlastnosti kovového prášku optimalizovat pro různé aplikace vyžadující kvality vysokého poměru pevnosti k hmotnosti, odolnosti proti korozi, biokompatibility nebo odolnosti vůči vysokým teplotám.

Vlastnosti prášku TiNbZrSn

Prášková slitina TiNbZrSn vykazuje následující výjimečné vlastnosti:

Nemovitost	Popis
vysoká pevnost	Poskytuje pevnost přes 1400 MPa, srovnatelnou s pokročilými slitinami pro letecký průmysl
Nízká hustota	Hustota kolem 6,5 g/cm3, mnohem nižší než u oceli
Vysoká pružnost	Youngův modul kolem 100 GPa, umožňuje flexibilitu
Vysoká tvrdost	Tvrdost Vickers přes 450 HV, lepší odolnost proti oděru než u nerezové oceli
Dobrá odolnost vůči korozi	Odolává korozi v náročném prostředí
biokompatibilita	Netoxické a vhodné pro lékařské implantáty
Vysoká teplota tání	Tání při teplotě nad 2500 °C, což ho činí využitelným v aplikacích s vysokými teplotami

Kombinace vysoké pevnosti, nízké hmotnosti, tvrdosti a pružnosti je vzácná a dělá z TiNbZrSn mimořádně univerzální materiál. Předčí konvenční slitiny, jako je například nerezová ocel, v mnoha vlastnostech.

Výroba práškové TiNbZrSn slitiny

Prášek ze slitiny TiNbZrSn se dá vyrobit následujícími pokrokovými metodami:

Metoda	Popis
Plynulá atomizace	Taveniny slitina se rozstřikuje do jemných kapek, které při chladnutí ztuhnou na prášek
Procesem s otáčející se plazmovou elektrodou (PREP)	Elektroda se rychle otáčí v plazmovém oblouku, čímž ji rozloží na prášek
Hydrid-dehydrid (HDH)	Slitina se hydrogenuje, mechanicky rozdrtí na prášek, a pak se dehydrogenuje

Atomizace plynem umožňuje kontrolu nad rozložením velikosti částic a vede k hladkému sférickému prášku ideálnímu pro aditivní výrobu. Metody PREP a HDH umožňují ekonomickou výrobu nepravidelného prášku vhodného pro lisování a spékání.

Složení slitiny lze v těchto procesech výroby prášků přesně udržovat, což zajišťuje konzistentní vlastnosti. Atmosféra vysoce čistých inertních plynů zabraňuje kontaminaci.

Aplikace práškových slitin TiNbZrSn

Prášek ze slitiny TiNbZrSn se využívá díky svým vyváženým materiálovým vlastnostem v následujících aplikacích:

Průmysl	Aplikace
Letectví a kosmonautika	Díly letadel a raketových motorů, systémy pro vesmír
Automotivní	Ventilové pružiny, spojovací prvky, akční členy
Medical	Implantáty, protetika, přístroje
Obrana	Brnění, munice, balistika
aditivní výroba	3D tištěné díly s vysokou pevností
Chemické zpracování	Korozně odolné nádoby, potrubí

Kombinace pevnosti, tvrdosti a biokompatibility dělá TiNbZrSn vhodným pro nesoucí implantované zařízení jako jsou kyčelní a kolenní klouby. Jeho odolnost vůči korozi ho činí vhodným pro použití v námořnictvu vystavené mořské vodě. A jeho odolnost vůči vysokým teplotám je výhodou v proudových motorech a turbínách.

Ve srovnání s konvenčními slitinami umožňuje TiNbZrSn lehčí, pevnější a trvanlivější součásti, což mu dává výhodu v náročných průmyslových odvětvích.

Specifikace prášku ze slitiny TiNbZrSn

Kovový prášek slitiny TiNbZrSn je k dispozici v následujících specifikacích:

Atribut	Podrobnosti
Velikosti částic	15-45 mikronů, 45-106 mikronů, 106-250 mikronů
Tvar částice	Kuličkový, nepravidelný
Čistota	Až do 99,9 %
Obsah kyslíku	Pod 2000 ppm
Práškové stupně	Grade 5, 23, 23 ELI
Formulář Dodávky	Volné prášky, spékané předlisky

K dispozici je jak sférický prášek, tak i nepravidelný prášek atomizovaný plynem z HDH nebo PREP. Jemnější prášek o velikosti 15-45 mikronů je vhodný pro aditivní výrobu vyžadující dobrou tekutost a balení. Hrubší prášek o velikosti 106-250 mikronů se obvykle lisuje a slíká.

Normy jako ASTM F1805 a ISO 5832 definují limity složení a požadovaných vlastností biomedicínského prášku třídy 23 ELI. Aby bylo možné splnit požadavky aplikace, lze také vyrobit speciální složení slitin a velikosti částic.

Dodavatelé práškových slitin TiNbZrSn

Mezi přední světové dodavatele prášku slitiny TiNbZrSn patří:

Dodavatel	Umístění
AMETEK	USA
CNPC Prášek	Čína
GKN Hoeganaes	Evropa
LPW Technologie	Spojené království
Sandvik Osprey	Spojené království

Proslavní dodavatelé, jako jsou tito, modernizovali své vlastní výrobní závody na prášky pomocí procesů plynové atomizace nebo hydrogenace-dehydrogenace. Mohou poskytovat různá rozložení velikosti částic a přizpůsobit složení slitiny podle potřeby.

Množství od prototypů v malých dávkách po velká komerční objemy jsou k dispozici. Dodavatelé provádějí přísnou kontrolu kvality a testování, aby zajistili, že prášek splňuje požadavky.

Cenová nabídka na slitinu TiNbZrSn

Jako pokročilá slitina TiNbZrSn je velice ceněná:

Zrnitost	Cenové rozpětí
Stupeň 5	350-500 USD za kg
Stupeň 23	450–650 Kč/kg
23. ročník ELI	550–750 Kč/kg

Cena závisí na množství v objednávce, rozložení velikosti částic, tvaru a složení. Menší množství jemného sférického prášku jsou dražší. Nepravidelný prášek a větší dávkové velikosti nabízejí úspory nákladů.

Cena je mnohonásobně vyšší než u běžných slitin jako je prášek z nerezové oceli 316L. Nicméně výjimečné vlastnosti ospravedlňují vyšší náklady pro kritické aplikace, kde je nutné maximální výkon.

Manipulace s práškem slitiny TiNbZrSn

Bezpečné zacházení s práškem TiNbZrSn

• Skladujte uzavřené nádoby v chladném a suchém prostředí, abyste zabránili oxidaci a hydrataci
• Vyhněte se rozlití, abyste předešli nahromadění prachu, protože představuje riziko výbuchu.
• Uzemnite všechny stroje a nádoby na manipulaci s práškem
• Při manipulaci s práškem noste rukavice a ochranu dýchacích cest.
• Použijte nejiskřící nástroje a vakuové systémy s inertní plynovou bariérou
• V případě nutnosti zajistěte ventilaci a odsávání emisí při zdroji

Jemná velikost částic způsobuje hořlavost prášku TiNbZrSn při rozptylování. Je nezbytná opatrná manipulace s dodržováním bezpečnostních protokolů. Doporučuje se automatická manipulace v boxech s rukavicemi a systémy pro zachycování.

Kontrola práškové slitiny TiNbZrSn

Prášek slitiny TiNbZrSn je třeba zkontrolovat kvůli následujícím vlastnostem:

Parametr	Metoda	Kritéria přijetí
Distribuce velikosti částic	Laserová difrakce, prosévání	Splňuje uvedený rozsah
Tvar částice	Skenovací elektronová mikroskopie	Kulotvaré hladké povrchy
Částicová chemie	EDX/EDS, ICP-OES	Splňuje určenou kompozici
Kyslík/dusík	Inertní plynová tavba	Méně než 2000 ppm kyslíku
Zdánlivá hustota	Hlubicový průtokoměr	Lepší průtok pro větší hustotu
Průtok	Hlubicový průtokoměr	Volně teče skrz otvor

Tyto testy zajišťují, že prášek splňuje specifikace pro velikost, tvar, chemické vlastnosti, čistotu a tekutost nezbytné pro AM nebo použití s lisováním a následným slinováním.

Testování prášku slitiny TiNbZrSn

K dalšímu kvalifikování prášku slitiny TiNbZrSn μπορούν να být provedeny následující testy:

Test	Metoda	Účel
Stlačitelnost	Jednosměrné lisování	Vyhodnotit reakci na zhutnění
Zelená pevnost	Pevnost příčného tahu	Měřit pevnost před spékáním
Hustota po spékání	Měření dimenzí	Zajistěte úplné konsolidování
Mikrostruktura	Optická mikroskopie, SEM	Zhodnoťte spékání, porozitu, zrna
Tvrdost	Testy Vickers/Rockwell	Ověření mechanických vlastností
Pevnost v tahu	ASTM E8	Měřte UTS, mez kluzu, prodloužení

Testování stlačených a slinovaných vzorků je rozumné pro potvrzení zpracovatelnosti prášku a konečných mechanických vlastností oproti požadavkům na design.

Klady a zápory práškového slitiny TiNbZrSn

Výhody	Nevýhody
Výjimečně vysoký poměr pevnosti a hmotnosti	Dražší ve srovnání s běžnými slitinami
Vyšší pružnost než u jiných vysokopevnostních slitin	Nižší tažnost než titanové slitiny
Vynikající tvrdost a odolnost proti opotřebení	Vyžaduje opatrné zacházení kvůli reaktivitě.
Odolává korozi v náročném prostředí	Těžko se obrábí a brousí
Biokompatibilní pro lékařské použití	Omezení dodavatelů a dostupnosti
Odolává extrémně vysokým teplotám	Vyžaduje proces izostatického horkého lisování pro dosažení plné konsolidace

U kritických aplikací, kde výkon převyšuje náklady, slitina TiNbZrSn nabízí vlastnosti, které nepředčí žádná jiná slitina. Hlavními omezeními jsou náklady a dostupnost.

Porovnání slitiny TiNbZrSn s jinými slitinami

Jak se TiNbZrSn srovnává s ostatními vysoce výkonnými slitinovými prášky?

Versus nerezová ocel:

• 2x vyšší síla
• O 70% nižší hustota
• 5x vyšší tvrdost
• Lepší odolnost vůči korozi

Slitiny titanu:

• 50% vyšší elasticita
• O 20 % větší tvrdost
• Lepší odolnost proti otěru
• Nižší tažnost

Versus slitiny kobalt-chrom:

• Nižší hustota
• Žádné toxické účinky
• Vyšší provozní teplota
• Nižší tvrdost

Proti super slitinám na bázi niklu:

• Snadnější zpracování
• Nižší náklady
• Nižší teplotní schopnost
• Nižší meze tečení při pomalých posuvech

TiNbZrSn tedy vykazuje optimální rovnováhu vlastností, které se u jiných slitin nevyskytují, a proto je vhodná pro náročné použití.

Znalosti o použití prášku ze slitiny TiNbZrSn

Zde je několik klíčových poznatků o účinném používání TiNbZrSn:

• Plynový atomizovaný prášek s kontrolovaným rozdělením velikosti částic nejlépe proudí a nejlépe se využívá pro AM
• Nehomogenní prášek vyžaduje vyšší tlaky při slisování a sintrování
• Horké izostatické lisování pomáhá dosáhnout maximální hustoty a vlastností
• Tvaření lze použít k přizpůsobení tvárnosti a houževnatosti podle potřeby
• Díly na bázi blízké čistého tvaru minimalizují nákladné obrábění slinovaných komponent
• Povrchová úprava zlepší odolnost proti opotřebení v aplikacích se smykovým dotykem
• Připojování rozdílných materiálů k TiNbZrSn vyžaduje výběr vhodného postupu
• Přísné kvalifikace a testování u dodavatelů pomáhají zajistit kvalitu a účinnost prášku

Pro pochopení vztahů zpracování-mikrostruktura-vlastnosti je důležité využít celý potenciál této výjimečné slitiny.

Často kladené dotazy

Zde je několik běžných otázek o TiNbZrSn práškové slitině:

Otázka: Je prášek TiNbZrSn kompatibilní s 3D tiskem?

A: Ano ano, plynule atomizovaný materiál TiNbZrSn s kontrolovanou velikostí částic a vysokou kulovitostí může být použit pro procesy powder bed fusion a directed energy deposition AM. Pro dosažení vysoké hustoty je nutná optimalizace parametrů.

Otázka: Jaká velikost částic je nejlepší pro aditivní výrobu?

A: Je doporučeno 15–45 mikronů, což zajišťuje dobrý tok prášku a balení. Také byly úspěšně vytištěny větší velikosti až 106 mikronů pro některé aplikace vyžadující tlustší vrstvy.

Otázka: Vyžaduje TiNbZrSn po AM horké isostatické lisování?

A: HIP pomůže maximalizovat hustotu, eliminovat vnitřní póry a zlepšit mechanické vlastnosti. U některých méně náročných aplikací však mohou díly z TiNbZrSn vytištěné tak, jak jsou, požadavky splnit i bez použití HIP.

O: TiNbZrSn slitinu lze obrábět i brousit.

A: Ano, je to však náročné na tuhé upnutí, vysokotlaké chlazení, ostré karbidové nástroje a jemné brusivo. Posuvy a rychlosti musí být kvůli tvrdosti nižší než u běžných slitin.

Otázka: Je TiNbZrSn vhodný pro biomedicínské implantáty?

A: Ano, použit byl pro výrobu kostních destiček, kyčelních a kolenních implantátů díky své biokompatibilitě, nízkému modulu a vysoké pevnosti, která je ideální pro nosné komponenty. Potřebnou čistotu zajišťuje prášek Grade 23 ELI.

Otázka: Jaké jsou typické použití slitin TiNbZrSn?

A. Letecké komponenty, jako je podvozek, pružiny a spojovací materiál pro automobily, biomedicínské implantáty, pancéřové pláty, turbíny pro výrobu energie a nástroje pro lisování a ražení plechu.

Závěr

Shrnutě řečeno, prášková slitina TiNbZrSn nabízí mimořádnou pevnost spolu s nízkou hustotou, elasticitou a tvrdostí, které se nevyrovnají žádné jiné klasické nebo pokročilé slitině. Ačkoliv jsou náklady vyšší, mnoho aplikací s kritickým výkonem tento výdaj ospravedlňuje, zejména tam, kde jsou optimální vlastnosti materiálu zcela zásadní. S rozšířením dostupnosti a probíhajícími inovacemi se jedinečné možnosti slitiny TiNbZrSn v následujících letech budou využívat v dalších odvětvích.