TiAl3-Pulver

TiAl3-Pulver ist eine intermetallische Verbindung aus Titan und Aluminium. Es ist leicht, oxidationsbeständig und kann hohen Temperaturen standhalten. Dies macht es für den Einsatz in Luft-, Raumfahrt-, Automobil-, Energie- und anderen Hochleistungsanwendungen geeignet.

Einige der wichtigsten Eigenschaften von TiAl3-Pulver:

Eigenschaften und Merkmale von TiAl3-Pulver

Chemische Formel	TiAl3
Dichte	3,4 g/cm3
Schmelzpunkt	1395;«C
Elastizitätsmodul	170 GPa
Wärmeausdehnungskoeffizient	11 x 10-6 K-1
Wärmeleitfähigkeit	29 W/m-K
Elektrischer Widerstand	125 ×´Î-cm
Oxidationsbeständigkeit	Ausgezeichnet bis zu 1000¡«C

TiAl3-Pulver lassen sich mit unterschiedlichen Verfahren herstellen, darunter Gasverdüsung, Plasma Rotating Electrode Process (PREP) und mechanisches Legieren. Die Größe, die Morphologie, die Zusammensetzung, die Mikrostruktur und andere Eigenschaften des Pulvers hängen vom Herstellungsverfahren ab.

Der Titangehalt liegt üblicherweise im Bereich von 55-65 Gew.-%, der Rest besteht aus Aluminium. Geringe Anteile von Chrom, Niob, Kohlenstoff oder Sauerstoff bis zu maximal 1 % können vorhanden sein. Das Verhältnis von Ti:Al kann zur Optimierung der Eigenschaften angepasst werden.

Eigenschaften von TiAl3-Pulver

Immobilie	Wert
Dichte	3,7-4,0 g/cm3
Schmelzpunkt	1350 v. Chr
Wärmeleitfähigkeit	~20 W/m-K
Elektrischer Widerstand	125–185 × 70–90 cm
Elastizitätsmodul	160–180 GPa
Poissonzahl	0.25-0.35
Wärmeausdehnungskoeffizient	11-13 x 10^-6?/¡«C

Wesentliche Eigenschaften sind neben einer im Vergleich zu Titanlegierungen geringen Dichte ein hoher Schmelzpunkt, eine mittlere Wärmeleitfähigkeit und die Erhaltung von Festigkeit und Steifigkeit bei hohen Temperaturen.

Eigenschaften von TiAl3-Pulver

Attribut	Details
Partikelform	Vorwiegend sphärisch
Teilchengrösse	10–150 µm
Fließfähigkeit	Gut
Anscheindichte	~2,5 g/cm3
Schüttdichte	~3.5 g/cm3
Oberfläche	0,1-0,3 m2/g
Reinheit	>99,5 %

TiAl3-Pulver hat eine kugelförmige Morphologie mit glatter Oberfläche, guten Fließ- und Verpackungseigenschaften. Es hat einen niedrigen Sauerstoff- und Stickstoffgehalt, um eine Versprödung zu vermeiden.

Anwendungen von TiAl3-Pulver

Einige der wichtigsten Anwendungen, die Vorteile aus den Eigenschaften von TiAl3 ziehen, sind:

TiAl3-Pulveranwendungen in der additiven Fertigung

• TiAl3-Pulver wird in Pulverbett-Schmelzverfahren wie dem Selektiven Laserschmelzen (SLM) und dem Elektronenstrahlschmelzen (EBM) eingesetzt, um komplexe Titanaluminid-Komponenten für die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie herzustellen.
• Im Vergleich zu Ti6Al4V bei Pulverbett-AM weist es eine geringere Reaktivität und eine einfachere Druckbarkeit auf. TiAl3-Teile weisen eine feine Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften auf, die mit gegossenen und warmgewalzten Legierungen vergleichbar sind.
• AM mit TiAL3 ermöglicht leichtere Konstruktionen, weniger Teile und die Konsolidierung von Baugruppen für Turbinenschaufeln, Turboladerräder, Auspuffkomponenten usw.

Thermisches Spritzen mit TiAl3-Pulver

• Thermische Sprühbeschichtungen aus TiAl3-Pulver bieten Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen auf Turbinenschaufeln, Flügeln, Brennkammern usw.
• Sie können eine bessere Temperaturbelastbarkeit als Nickellegierungen und Titanbeschichtungen erzielen. TiAl3-Beschichtungen können bei 700-900 ¡«C betrieben werden.
• Die Beschichtungen werden durch Plasmaspritzen, hochgeschwindigkeitsbeschleunigte Brennstoffe (HVOF) oder warme Spritzverfahren aufgebracht. Typische Beschichtungsstärken betragen 150 bis 500 Mikrometer.

Anwendungen des TiAl3-Pulvers beim Laserschweißen

• TiAl3-Pulver kann mit Laser auf Titan- oder Nickellegierungssubstraten aufgetragen werden, um eine schützende Oberflächenlegierungsschicht zu bilden.
• Die Plattierschicht verleiht verbesserte Hochtemperaturfestigkeit, Oxidationsbeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
• Laserauftragsschweißen kommt bei Turbinenkomponenten von Düsenantrieben und stationären Turbinen zum Einsatz, die heißen Korrosionsbedingungen ausgesetzt sind.

Spezifikationen von TiAl3-Pulver

TiAl3-Pulver ist in verschiedenen Standardqualitäten erhältlich, die Spezifikationen wie z. B. den folgenden entsprechen:

TiAl3-Pulverzusammensetzungen

Note	Ti wt%	At Gew.-%	Andere
Ti-45Al-3Nb	45%	Balanse	3 % Nb
Ti-55Al	55%	Balanse	–
Ti-62Al	62%	Balanse	–

Gängige Zusammensetzungen basieren auf dem Titangehalt wie Ti-45Al, Ti-55Al oder Ti-62Al, welches den Gewichtsprozentanteil von Titan darstellt. Geringe Mengen von Chrom oder Niob können vorhanden sein.

Korngrößenverteilung für TiAl3-Pulver

Teilchengrösse	Vertrieb
-150 + 45 Öm	max. 5%
-45 + 22 × m	40-60%
-22 Ã× m	Balanse

Typische Größenverteilungen für AM-Prozesse liegen bei ca. 22–45 µm mit minimalen Feinanteilen unter 22 µm. Größere Größen bis 150 µm werden für thermisches Sprühen verwendet.

TiAl3 Pulverstandards

• ASTM B821 – Norm für die Herstellung feuerfester Legierungspulver und -kompakte mittels Plasmatechnik
• AMS4982 - Pulverförmige Verbrauchsgüter, Titanaluminide, plasmaatomisiert
• AMS 7008 – Titanaluminidlegierungpulver für Wärmesprühbeschichtungen

Die Herstellung von Pulvern, Probenahme, Prüfung und Abnahme erfolgen nach den Industriestandards für feuerfeste Legierungen und Titanaluminide.

Im Vergleich zu anderen gebräuchlichen Pulvern hat TiAl3-Pulver einige Vor- und Nachteile:

Vergleich von TiAl₃-Pulvern mit anderen Pulvern

Parameter	TiAl3	Ti6Al4V	AlSi10Mg
Dichte	Niedriger	Höher	Niedriger
Hohe Temperaturfestigkeit	Höher	Niedriger	Wesentlich niedriger
Oxidationsbeständigkeit	Ausgezeichnet	Mittelmässig	Arm
Wärmeleitfähigkeit	Höher	Niedriger	Höher
Kosten	Höher	Niedriger	Niedriger
Herstellbarkeit	Schwieriger	Einfacher	Einfacher
ANWENDUNGEN	Luft- und Raumfahrt, Fahrzeugbau	Luft- und Raumfahrt, Biomedizin	Automobil allgemein

• TiAl3 hat eine höhere Festigkeit als Titanlegierungen wie Ti6Al4V bei Temperaturen über 600 °C
• Im Vergleich zu Titan- und Aluminiumlegierungen bietet es eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit
• Kostspieliger als Titanlegierungen aufgrund des hohen Aluminiumgehalts
• Bei Raumtemperatur nicht so einfach zu bearbeiten oder zu formen wie Titanlegierungen
• Am besten geeignet für Strukturanwendungen bei hohen Temperaturen

Durch das Verständnis, in welchen Bereichen TiAl3 gegenüber anderen Legierungssystemen über- oder unterfordert ist, können die idealen Anwendungen identifiziert werden, um seine Vorteile zu nutzen.

TiAl3-Pulverlieferanten

TiAl3-Pulver ist im Handel von zahlreichen Lieferanten weltweit erhältlich. Einige der wichtigsten Hersteller sind:

Hersteller von TiAl3-Pulver

Unternehmen	Produktarten	Ort
AMETEK	TiAl3-100A, TiAl3-500	Vereinigte Staaten
AP&C	TiAl3-230, TiAl3-360	Kanada
Sandvik	TiAl3 Osprey-Pulver	Schweden
TLS-Technik	TiAl3-100A	Deutschland
Praxair	TiAl3-100A	Vereinigte Staaten

TiAl3 Pulverpreis

Note	Teilchengrösse	Preisspanne
TiAl3-100A	15–45 µm	$ 450- $ 550/kg
TiAl3-230	45–180 ×m	$350–$450/kg
TiAl3-500	10-45 Å	500–600 $/kg

Die Preise richten sich nach Einkaufsmenge, Reinheitsgrad, Partikelgrößenverteilung und Morphologie. Angepasste Legierungszusammensetzungen sind ebenfalls möglich, aber teurer.

FAQs

F: Welche Verfahren kommen zum Einsatz, um TiAl3-Pulver herzustellen?

A: Die wichtigsten Produktionsverfahren sind Gaszerstäubung, Plasma-Rotations-Elektrod-Verfahren und mechanisches Legieren. Jede Methode resultiert in verschiedenen Pulvermerkmalen, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind.

F: Ist TiAl3 mit Titanlegierungen kompatibel?

A: TiAl3 hat eine sehr begrenzte feste Löslichkeit in Titanlegierungen wie Ti6Al4V. Es wird nicht empfohlen, TiAl3-Pulver mit Titanlegierungspulvern zu mischen, da spröde intermetallische Phasen entstehen können.

Q: Welche Legierungselemente können TiAl3 zugesetzt werden?

A: Elemente wie Nb, Cr, Ni, Cu wurden mit TiAl3 legiert, um die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften zu verändern. Allerdings kann eine übermäßige Legierung die Oxidationsbeständigkeit negativ beeinflussen.

F: Was ist der Unterschied zwischen PREP- und gaszerstäubtem TiAl3-Pulver?

A: Das PREP-Pulver hat feine, kugelförmige Teilchen, die ideal für generative Fertigungsverfahren sind, während das gaszerstäubte Pulver leicht gröbere, kostengünstigere Teilchen hat, die sich zum Pressen und Sintern eignen.

F: Welche Vorkehrungen müssen beim Umgang mit TiAl3-Pulver getroffen werden?

A: TiAl3-Pulver ist brennbar und neigt zur Oxidation. Um Verunreinigungen zu vermeiden, sollten Sie angemessene PSA tragen und den Umgang in einer Inertgasatmosphäre vornehmen. Aussetzung von Feuchtigkeit und Sauerstoff mindert die Pulverqualität.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend ist TiAl3 ein bedeutendes, hochtemperaturbeständiges intermetallisches Material, das in Pulverform für verschiedene Anwendungen verfügbar ist. Seine Eigenschaften wie geringe Dichte, Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen machen es für die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Energiebranche geeignet. Der richtige Umgang, die Lagerung und Prüfung des Pulvers sind entscheidend für die Erzielung der endgültigen Teileigenschaften. TiAl3 bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen Titanlegierungen für hochtemperaturbeständige Strukturanwendungen, trotz einiger Einschränkungen in der Bearbeitbarkeit und der Duktilität bei Raumtemperatur. Die laufende Forschung zielt darauf ab, das Material durch Legierungszusätze und innovative Verarbeitungstechniken weiter zu verbessern.