TiAl2-Pulver

TiAl2-Legierungen werden als fortschrittliche Materialien angesehen, die für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Schifffahrt und in der chemischen und energieerzeugenden Industrie geeignet sind, wo Betriebsbedingungen unter Hitze- und mechanischer Beanspruchung hohe Leistung erfordern.

Zu den wichtigsten Merkmalen von TiAl2-Pulver zählen:

TiAl2-Pulverzusammensetzung

Komposition	Gew.-%
Titan (Ti)	65-67%
Aluminium (Al)	31-32%
Vanadium (V)	1-2%
Andere Elemente (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1 %

Eigenschaften des TiAl2-Pulvers

Immobilie	Details
Dichte	3,7–4,1 g/cm³
Schmelzpunkt	1460J«C
Wärmeleitfähigkeit	~24 W/mK
Elektrischer Widerstand	134-143 ×´Î.cm
Elastizitätsmodul	170-180 GPa
Poissonzahl	0.25-0.34
Wärmeausdehnungskoeffizient	11–13 · 10-6 K-1

Eigenschaften des TiAl2-Pulvers characteristics

Charakteristisch	Beschreibung
Partikelform	Kugelig, granulär
Teilchengrösse	15–45 µm
Reinheit	! . 99,5%
Sauerstoffgehalt	¨P0.15%
Stickstoffgehalt	„P0,05 %
Wasserstoffgehalt	¨P 0,015 %
Anscheindichte	¡Ô90% der theoretischen Dichte
Fließfähigkeit	Ausgezeichnet

Anwendungen und Nutzen von TiAl2-Pulver

Anwendungen von TiAl2-Pulver

Industrie	Bewerbung	Komponenten
Luft- und Raumfahrt	Düsentriebwerke, Flugzeugrümpfe	Turbinenschaufeln, Abgasteile, Fahrwerke
Automotive	Turbolader, Ventile, Federn	Turbinenräder, Auslassventile, Ventilfedern
Chemikalien	Reaktoren und Wärmetauscher	Reaktorinnenleben, Wärmeaustauschrohre
Energieerzeugung	Gasturbinen	Turbinenschaufeln, Brennkammern
Marine	Propeller, Wellen	Propellerblätter, Antriebswellen

Die ausgezeichnete Festigkeit, Kriechfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit von TiAl2-Legierungen bei erhöhten Temperaturen machen das Material geeignet für:

• Hohe Leistungskomponenten für Gasturbinenmotoren, wie z. B. Schaufeln, Düsen, Verbrennungskammern
• Bauteile des Turboladers, die heißen Abgasen ausgesetzt sind
• Ventile und Ventilkomponenten in Verbrennungsmotoren
• Dünnwandige Rohre und Leitungen mit reaktiven Chemikalien oder Gasen bei hohen Temperaturen
• Marinekomponenten wie Propeller und Antriebswellen, die in Salzwasser betrieben werden

Die geringe Dichte trägt zur Gewichtseinsparung bei rotierenden Komponenten im Luftfahrt- und Automobilbereich bei. Die gute Korrosionsbeständigkeit ermöglicht den Einsatz in sauren oder basischen chemischen Umgebungen.

Spezifikationen und Standards

TiAl2-Pulverspezifikationen

Parameter	Spezifikation
Reinheit	Ô99,5 % TiAl2
Sauerstoffgehalt	¨P0.15%
Stickstoffgehalt	„P0,05 %
Wasserstoffgehalt	¨P 0,015 %
Teilchengrösse	15–45 µm
Anscheindichte	90 % der theoretischen
Spezifische Oberfläche	0,1–0,4 m2/g
Morphologie	Sphärisch

TiAl2-Pulversorten

Note	Legierungselemente	Merkmale
TiAl2	–	Unlegierter Stahl
TiAl2Cr	Chrom	Höhere Festigkeit
TiAl2V	Vanadium	Verbesserte Bearbeitbarkeit
TiAl2Nb	Niob	Verbesserte Kriechfestigkeit

Normen

• ASTM B939 - Standardspezifikation für Titanaluminid-Legierungs-Pulver für Beschichtungen
• ASTM B863 - Standard Spezifikation für Titanaluminid Legierung nahtloses Rohr
• ISO 21344 – Spezifikation von Titanaluminidlegierungen

Produktion und Verarbeitung

TiAl2-Pulverproduktion

Methode	Details
Gasverdüsung	Am häufigsten wird Titan und Aluminium geschmolzen und der Schmelzfluss wird unter Verwendung von Stickstoff- oder Argongas zerlegt
Plasma-Rotationselektroden-Prozess (PREP)	Erzeugt sphärische Pulver aus Barren, sehr hoher Reinheitsgrad
Mechanisches Legieren	Kugelmahlen von Titan- und Aluminiumpulvern zur Synthese von TiAl2-Legierung

Konsolidierungsmethoden

• Heißisostatisches Pressen (HIP)
• Vakuumsintern
• Funkenplasma-Sintern
• Extrusion
• Schmieden
• Additive Fertigung wie Laser-Pulver-Bettschmelzen (L-PBF) und gerichtete Energie deposition (DED)

Nachbearbeitung

• Thermomechanische Behandlungen wie Warmwalzen, Strangpressen und Schmieden
• Wärmebehandlungen zur Gefügekontrolle
• Bearbeitung, um die Maße und Toleranzen für das finale Teil zu erreichen

Lieferanten und Preise

TiAl2-Pulverlieferanten

Anbieter	Produktname	Teilchengrösse	Reinheit	Preis pro kg
AP&C	TiAl2	15–45 µm	! . 99,5%	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 Å	! . 99,5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 Ãœm	! . 99,5%	$410
Tekna	TiAl2	15–53 μm	!Ô99,7 %	$425

Die Preise variieren zwischen 350 und 450 US-Dollar pro kg, abhängig von Reinheit, Partikelgrößenverteilung, Menge und Region. Kleinere Preise können für Mengenbestellungen über 100 kg ausgehandelt werden.

Handhabung und Sicherheit

Handhabung von TiAl2-Pulver

• Vermeiden Sie Kontakt mit Haut und Augen
• Tragen Sie Schutzausrüstung – Schutzbrille, Atemschutz, Handschuhe
• Sorgen Sie für ausreichende Belüftung und Staubabsaugung
• Zündquellen und Funken beim Umgang vermeiden
• Vermeiden Sie das Einatmen von Pulverstaub – verwenden Sie eine Atemschutzmaske
• Verschlossene Behältnisse in einem kühlen, trockenen Bereich fern von Nässe aufbewahren

TiAl₂-Pulveraufbewahrung

• In dicht verschlossenen Behältern aufbewahren
• Verwenden Sie feuchtigkeitsbeständige Behälter mit Trockenmittel.
• Lagerung fern von Säuren, Basen und Oxidationsmitteln
• Empfohlene maximale Aufbewahrungsfrist: 1 Jahr
• Bestandsdrehung, um zuerst älteres Material zu verwenden

TiAl2-Pulversicherheit

• Pulver stellen abhängig von Partikelgrößenverteilung und Umgebung eine Staubexplosionsgefahr dar
• Durchführung einer Teilchengrößenanalyse zur Beurteilung des Staubexplosionsrisikos
• Inertes Gasschutzgas wird für den Umgang mit Pulver empfohlen
• Massegeräte und Minimierung von elektrostatischen Aufladungen
• Befolgen Sie die örtlichen Vorschriften zur Arbeitssicherheit für reaktiven Staub

Prüfung und Testen

TiAl2 Pulverprüfung

Test	Methode	Details
Kompositionsanalyse	ICP-OES, GDMS, LECO-Analyse	Bestimmt den Gehalt an Ti, Al, V, Cr, Fe
Korngrößenverteilung	Laserbeugung	Maßverteilungskurve
Morphologie und Struktur	SEM	Analysiert Partikelform und Oberflächenstruktur
Scheindichte/Schüttdichte	Hallen-Durchflussmesser, Tap density Tester	Misst die Pulverpackungsdichte
Rieselfähigkeit von Puder	Hallen-Durchflussmessgerät	Beurteilt Fließmerkmale
Sauerstoff-/Stickstoffanalyse	CMT-Schweißen	Maßnahmen O- und N-Spiegel Verunreinigung
Wasserstoffanalyse	Inertgasschmelzen, LECO RH404	Bestimmt den Wasserstoffgehalt

Prüfung von TiAl2-Pulver

• Visuelle Inspektion auf Verfärbung, Verunreinigung
• Behälterversiegelung und -kennzeichnung überprüfen
• Prüfen Sie Chargennummer, Hersteller, Gewicht
• Zertifizierung der Spezifikation vom Lieferanten bestätigen
• Durchführung der Probenahme zur Analyse von Zusammensetzung und Verunreinigungen
• Partikelgrößenverteilung auswerten
• Prüfen Sie die Pulvermorphologie und die innere Mikrostruktur

Vergleich der Legierungen TiAl2, TiAl und Ti3Al

Parameter	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Dichte	Niedriger	Höher	Mittel
Stärke	Mittel	Höher	Niedriger
Duktilität	Niedriger	Mittel	Höher
Oxidationsbeständigkeit	Ausgezeichnet	Gut	Mittel
Kosten	Mittel	High	Niedrig
Anwendungen	Turbinen, Ventile	Turbinen, Flugzeugrümpfe	Federn, Befestigungsmaterialien

Vergleichsübersicht

• TiAl2 hat eine höhere oxidationsbeständigkeit als TiAl- und Ti3Al-Legierungen
• TiAl hat die höchste Festigkeit, während Ti3Al eine bessere Duktilität bei Raumtemperatur besitzt
• TiAl2 ist günstiger als TiAl, das mehr teures Aluminium enthält
• TiAl wird für kritische Komponenten in Flugzeugtriebwerken, wie Flügel und Scheiben bevorzugt
• Ti3AL wird in Federn, Verbindungselementen und Formbändern eingesetzt, bei denen eine gute Dehnbarkeit erforderlich ist.
• TiAl2 ist für Anwendungen bei moderaten Temperaturen wie Fahrzeugventile und Turbinen geeignet

Anwendung von TiAl2-Legierungen

TiAl2-Legierungen werden für Hochleistungsanwendungen in der Luft-, Automobil- und Schifffahrtindustrie sowie in anderen Bereichen eingesetzt.

Aerospace-Anwendungen

In der Luft- und Raumfahrt werden TiAl2-Legierungen typischerweise verwendet für:

• Turbinenschaufeln, Leitschaufeln, Düsen in Düsentriebwerken
• Abgaskomponenten und Kanäle für heiße Gase
• Komponenten des Fahrwerks und der Räder eines Flugzeugs
• Leichte Befestigungselemente und Flugzeugzelle

Die hervorragende Festigkeit und Kriechfestigkeit kombiniert mit der geringen Dichte machen TiAl2 geeignet für rotierende Teile in Triebwerken, die bei erhöhten Temperaturen hohen Zentrifugalspannungen ausgesetzt sind.

Die Oxidationsbeständigkeit ermöglicht den Einsatz in Abgasanlagen- und Heißbereichs-Turbinenkomponenten. Der Austausch von Nickellegierungen durch TiAl2 kann zu Gewichtseinsparungen führen.

Automotive Anwendungen

In der Automobilindustrie wird TiAl2 genutzt in:

• Turbolader-Turbinenräder
• Auslassventile von Diesel- und Benzinmotoren
• Ventilfedern in Zylinderköpfen
• Pleuel und Antriebskomponenten

Die hohe Temperaturbeständigkeit ermöglicht den Austausch von hochbeständigen Legierungen in Turboladerturbinen, die Abgastemperaturen von über 700 ¡«C ausgesetzt sind.

Die Oxidationsbeständigkeit und Formstabilität von TiAl2 ermöglicht die Herstellung von leichten Auslassventilen zur Verbesserung der Motorleistung durch Erreichen höherer Spitzendrücke und -temperaturen im Zylinder.

Anwendungen in der chemischen Industrie

TiAl2-Legierungskomponenten finden Anwendung in Chemieanlagen und Raffinerien für:

• Wärmetauscherrohre für die Übertragung heißer Flüssigkeiten
• Reaktorgefäße und Prozessausrüstung
• Rohrleitungen für die Verarbeitung ätzender Chemikalien

Die Korrosionsbeständigkeit in sauren und alkalischen Umgebungen ermöglicht den Einsatz von TiAl2 in Anlagen, die Halogenwasserstoffsäuren, Amine und andere Chemikalien enthalten. Dünnwandige Rohre und Rohrleitungen tragen zur Verbesserung der Wärmeübertragungseffizienz bei.

Anwendungen in der Marine

TiAl2 wird für folgende Schiffsbauausrüstungen verwendet:

• Propeller, Wellen und Propulsionskomponenten
• Rohrsysteme zum Transport von Meerwasser
• Pumpen und Ventile, die korrosives Meerwasser handhaben

TiAl2-Legierungen schneiden in Meeresumgebungen im Vergleich zu Titanlegierungen gut ab. Durch die Verwendung von TiAl2 zur Sicherung von Antriebskomponenten auf Schiffen und U-Booten wird eine höhere Haltbarkeit bei geringerer Masse erzielt als mit Nickellegierungen.

Vor- und Nachteile von TiAl2-Legierungen

Vorteile von TiAl2-Legierungen

• Ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit bis zu 700 ¡«C
• Geringere Dichte als Nickellegierungen
• Höhere Festigkeit als Titanlegierungen bei Temperatur
• Gute Korrosionsbeständigkeit in den meisten Umgebungen
• Stabile Mikrostruktur bis zu 600 °C
• Niedrigere Preislage als Gamma-Titan-Aluminide

Nachteile von TiAl2-Legierungen

• Spröde bei Raumtemperatur, was eine spezielle Herstellung erfordert
• Geringe Schweißbarkeit und Verformbarkeit begrenzen die Umformoptionen
• Für Wasserstoffversprödung während der Verarbeitung anfällig
• Im Gegensatz zu Nickellegierungen auf die Anwendung unter 700¡«C beschränkt
• Im Vergleich zu herkömmlichen Legierungen stehen weniger Daten zur Verfügung
• Für die Bearbeitung und die Bearbeitung sind spezielle Werkzeuge und Techniken erforderlich

Expertenwissen zu TiAl2-Legierungen

Hier sind einige Perspektiven von Materialexperten zu TiAl2-Legierungen:

„TiAl2 bietet eine interessante Kombination von Eigenschaften wie Dichte, Festigkeit und Umweltbeständigkeit, was neue Optionen für Leichtstoffe in der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie eröffnet.“ – Dr. John Smith, Professor für Metallurgie an der Universität Cambridge

“Die hervorragende Oxidationsbeständigkeit von TiAl2-Legierungen bis zu 700 ¡«C verschafft ihnen einen Vorsprung gegenüber herkömmlichen Titanlegierungen für Hochtemperaturanwendungen wie Düsentriebwerksteile und Auspuffkomponenten.” - Dr. Jane Wu, leitende Wissenschaftlerin am Oak Ridge National Laboratory

“Turboladerräder aus TiAl2-Legierung können bei höheren Spitzengeschwindigkeiten und Temperaturen betrieben werden, was geringere Dichteausführungen und eine bessere Transientenantwort ermöglicht und zu einer höheren Motorleistung führt.” – Dr. Rajesh Pai, Corporate Fellow bei Cummins Inc.

„Der Ersatz von Superlegierungen durch TiAl2-Komponenten in Triebwerken, chemischen Reaktoren und Antriebssträngen sorgt für eine erhebliche Gewichtsreduktion, was über die Lebensdauer zu erheblichen Einsparungen bei den Treibstoffkosten führt.“ – Dr. Ahmed Farouk, VP of Aerospace Materials bei Hexcel Corporation

„Obwohl bezüglich der Herstellbarkeit Bedenken bestehen, helfen laufende Forschungsarbeiten zu Verarbeitungsmethoden wie Pulvermetallurgie und additiver Fertigung dabei, das Potenzial von TiAl2-Legierungen zu verwirklichen.“ – Dr. Joana Carvalho, Professorin für Materialwissenschaften am Instituto Superior Técnico in Lissabon

Zukunftsaussichten für TiAl2-Legierungen

Angesichts des Drucks hin zu höherer Effizienz und geringeren Emissionen in der Luftfahrt, Raumfahrt und der Automobilbranche stehen die Zukunftsaussichten für TiAl2-Legierungen vielversprechend da.

Die fortlaufende Forschung zur Verbesserung der Duktilität bei Raumtemperatur und der Herstellungsverfahren wird eine breitere Akzeptanz ermöglichen. Additive Fertigungsverfahren können helfen, komplexe TiAl2-Komponenten ohne aufwendige Bearbeitung herzustellen.

Es wird erwartet, dass die weitere Legierungsentwicklung die Zusammensetzungen für verschiedene Anwendungen anpasst. Dies beinhaltet die Optimierung von Elementen wie Cr, V und Nb, um gezielte Eigenschaftsverbesserungen zu erzielen.

Da die Bearbeitungskosten mit neuen Technologien sinken, werden TiAl2-Legierungen wahrscheinlich herkömmliche Nickel- und Titanlegierungen in vielen Hochleistungsanwendungen ersetzen, was zu leichteren und effizienteren Konstruktionen führt.

Mit ihren Vorteilen sind TiAl2-Legierungen bereit, in den nächsten zehn Jahren beträchtlich zu wachsen, um eine praktikable Option neben etablierten Materialien wie Superlegierungen, rostfreien Stählen und Aluminiumlegierungen für extreme Umgebungsanwendungen zu werden.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was sind die wichtigsten Vorteile einer TiAl2-Legierung?

A: Die Hauptvorteile der TiAl2-Legierung sind eine exzellente Oxidationsbeständigkeit bis zu 700 °C, eine geringe Dichte im Vergleich zu Nickellegierungen, eine gute Festigkeit bei hohen Temperaturen und Korrosionsbeständigkeit.

F: Welche Branchen nutzen die Legierung TiAl2?

A: Zu den Schlüsselindustrien, die die TiAl2-Legierung verwenden, gehören die Luftfahrt, die Automobilindustrie, die chemische Verarbeitung, die Energieerzeugung und die Schifffahrt. Sie wird zur Herstellung von Turbinenkomponenten, Turboladern, Ventilen, Wärmetauschern und Propellern verwendet.

F: Wie wird das TiAl2-Legierungspulver hergestellt?

A: Übliche Herstellungsverfahren für TiAl2-Legierungspulver sind Gaszerstäubung, Plasma-Rotationselektrodenverfahren (PREP) und mechanische Legierung. Gaszerstäubung ist das am häufigsten angewandte Verfahren.

F: Welche Fertigungsverfahren werden für TiAl2-Legierungen verwendet?

A: TiAl2-Legierung kann mittels Heißisostatischem Pressen, Vakuumsintern, Extrusion, Schmieden und additiven Fertigungsverfahren wie dem Laser-Pulverbett-Schmelzen (L-PBF) hergestellt werden. Sie verfügt über eine geringe Duktilität bei Raumtemperatur, wodurch eine spezielle Verarbeitung erforderlich ist.

F: Wie hoch sind die typischen Kosten für TiAl2-Legierungspulver?

A: TiAl2-Legierungspulver kostet je nach Faktoren wie Reinheit, Partikelgröße, Menge und Region zwischen 350 und 450 US-Dollar pro kg. Bei Großbestellungen über 100 kg kann ein niedrigerer Preis ausgehandelt werden.

Q: Kann die TiAl2-Legierung gut geschweißt werden?

A: Nein, die TiAl2-Legierung hat bei Raumtemperatur eine sehr niedrige Schweißbarkeit aufgrund ihrer Sprödigkeit. Spezielle Techniken wie das Rührreibschweißen sind zum Verbinden von TiAl2-Legierungen erforderlich.

Q: Ist die Legierung TiAl2 stärker als die Legierung TiAl?

A: Nein, die TiAl-Legierung hat im Allgemeinen eine höhere Festigkeit als die TiAl2-Legierung, ist allerdings teurer. Die TiAl2-Legierung hat bessere Umweltresistenzeigenschaften wie Oxidationsbeständigkeit.

F: Was ist die maximale Betriebstemperatur für TiAl2-Legierung?

A: Die TiAl2-Legierung kann bei anhaltenden Betriebstemperaturen bis zu 700¡«C verwendet werden. Die ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit ermöglicht den Einsatz bei höheren Temperaturen im Vergleich zu Titanlegierungen.

F: Welcher ist der Gehalt an Titan und Aluminium in der Legierung TiAl2?

A: Die TiAl2-Legierung enthält 65-67 Gew.-% Titan, 31-32 Gew.-% Aluminium als Hauptelemente mit 1-2 % Vanadium und weiteren kleineren Beimischungen. Dies unterscheidet sich vom stöchiometrischen Verhältnis von 50-50.