Σκόνη TiAl3

Η σκόνη TiAl3 είναι μια μέταλλο-μεταλλοειδής ένωση που αποτελείται από τιτάνιο και αλουμίνιο. Είναι ελαφριά, ανθεκτική στην οξείδωση και μπορεί να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες. Αυτό το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε αεροδιαστημικές, αυτοκινητοβιομηχανικές, ενεργειακές και άλλες εφαρμογές υψηλών επιδόσεων.

Μερικές βασικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά της σκόνης TiAl3:

Ιδιότητες και χαρακτηριστικά σκόνης TiAl3

Χημικός τύπος	TiAl3
Πυκνότητα	3,4 g/cm3
Σημείο Τήξης	1395¡«C
Μονάδα Young	170 GPa
Συντελεστής θερμικής διαστολής	11 x 10-6 K-1
Θερμική αγωγιμότητα	29 W/m-K
Ηλεκτρική ειδική αντίσταση	125 × 10^3-cm
Αντοχή σε οξείδωση	Άριστα έως 1000¡«C

Η σκόνη TiAl3 μπορεί να παραχθεί μέσω διαφόρων μεθόδων, συμπεριλαμβανομένου του αεριωθούμενου νεφώματος, της διαδικασίας περιστρεφόμενου ηλεκτροδίου πλάσματος (PREP) και της μηχανικής κράματος. Το μέγεθος της σκόνης, η μορφολογία, η σύνθεση, η μικροδομή και άλλες ιδιότητες εξαρτώνται από τη μέθοδο παραγωγής.

Η περιεκτικότητα τιτανίου είναι τυπικά κοντά στο 55-65 βαρ., ενώ το υπόλοιπο είναι αλουμίνιο. Μπορεί να υπάρχουν μικρές ποσότητες χρωμίου, νιοβίου, άνθρακα ή οξυγόνου σε ποσότητες έως και 1% κατά μέγιστο. Η αναλογία Ti:Al μπορεί να ρυθμιστεί για να βελτιστοποιηθούν οι ιδιότητες.

Ιδιότητες σκόνης TiAl3

Ακίνητη περιουσία	Αξία
Πυκνότητα	3,7 - 4,0 γρ./εκ³
Σημείο Τήξης	1350μ.Χ.
Θερμική αγωγιμότητα	~20 W/m-K
Ηλεκτρική ειδική αντίσταση	125-185 εκ.cm
Μονάδα Young	160-180 GPa
Συντελεστής Poisson	0.25-0.35
Συντελεστής θερμικής διαστολής	11-13 x 10^-6 / ¡«C

Τις κύριες ιδιότητες περιλαμβάνει τη χαμηλή πυκνότητα σε σύγκριση με τα κράματα τιτανίου, το υψηλό σημείο τήξης, τη μέτρια θερμική αγωγιμότητα και τη διατήρηση αντοχής και ακαμψίας σε υψηλές θερμοκρασίες.

Χαρακτηριστικά της σκόνης TiAl3

Χαρακτηριστικό	Λεπτομέρειες
Σχήμα σωματιδίων	Σφαιρικός κατά βάση
Μέγεθος σωματιδίων	10 – 150 μm
Ρευστότητα	Καλη
Φαινομενική πυκνότητα	~2,5 g/cm3
Πυκνότητα πατήματος	~3,5 g/cm3
Εμβαδόν επιφάνειας	0,1-0,3 m2/g
Αγνότητα	>99,5%

Η σκόνη TiAl3 έχει σφαιρική μορφολογία με λεία επιφάνεια, καλή ροή και χαρακτηριστικά πλήρωσης. Έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο και άζωτο για την αποφυγή θραύσης.

Εφαρμογές ΤιAl3 Σκόνης

Ορισμένες από τις σημαντικές εφαρμογές που εκμεταλλεύονται τις ιδιότητες του TiAl3 περιλαμβάνουν:

Εφαρμογές της κόνιδος TiAl3 στην πρόσθετη κατασκευή

• Η σκόνη TiAl3 χρησιμοποιείται σε διαδικασίες σύντηξης με βάση σκόνη, όπως η επιλεκτική τήξη laser (SLM) και η τήξη με δέσμη ηλεκτρονίων (EBM), για την κατασκευή σύνθετων εξαρτημάτων αλουμινιδίου τιτανίου για τον αεροδιαστημικό τομέα και την αυτοκινητοβιομηχανία.
• Έχει μικρότερη αντιδραστικότητα και ευκολότερη εκτύπωση σε σχέση με το Ti6Al4V σε κρεβάτι σκόνης AM. Οι ανταλλακτικά TiAl3 έχουν λεπτή μικροδομή και μηχανικές ιδιότητες συγκρίσιμες με χυτευμένα και σφυρήλατα κράματα.
• Η προσθετική κατασκευή με TiAl3 επιτρέπει ελαφρύτερα σχέδια, μειωμένο αριθμό εξαρτημάτων και ενοποίηση συνόλων για πτερύγια στροβίλου, τροχούς υπερσυμπιεστών, εξαρτήματα εξάτμισης κ.λπ.

Εφαρμογές της σκόνης TiAl3 στον θερμικό ψεκασμό

• Οι επικαλύψεις ψεκασμού με θερμότητα από σκόνη TiAl3 παρέχουν αντοχή σε οξείδωση και διάβρωση σε υψηλές θερμοκρασίες σε πτερύγια στροβίλων, πτερύγια, δοχεία καύσης, κ.λπ.
• Έχει καλύτερη θερμοκρασιακή αντοχή από τα κράματα νικελίου και τις επικαλύψεις από τιτάνιο. Οι επικαλύψεις TiAl3 μπορούν να δουλέψουν στους 700-900°C.
• Οι επικαλύψεις εφαρμόζονται με ψεκασμό πλάσματος, καυσίμου οξυγόνου υψηλής ταχύτητας (HVOF) ή διαδικασίες θερμού ψεκασμού. Το πάχος της τυπικής επίστρωσης είναι 150-500 μικρά.

Εφαρμογές σκόνης TiAl3 στην επίστρωση με λέιζερ

• Η κόνις TiAl3 μπορεί να είναι λέιζερ επενδεδυμένη σε τιτάνιο ή υποστρώματα κράματος νικελίου για να σχηματιστεί ένα προστατευτικό στρώμα κράματος επιφάνειας.
• Το επίστρωμα προσδίδει αυξημένη αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες, αντοχή στην οξείδωση και στη φθορά.
• Ο επικαλυμμένος λέιζερ χρησιμοποιείται σε εξαρτήματα αεριωθούμενων κινητήρων και χερσαίων τουρμπίνων που εκτίθενται σε συνθήκες διάβρωσης θέρμανσης.

Προδιαγραφές κονιοποιημένης ύλης TiAl3

Η σκόνη TiAl3 διατίθεται σε πολλές στάνταρ ποιότητες, οι οποίες συμμορφώνονται με προδιαγραφές όπως:

Συνθέσεις σκόνης TiAl3

Βαθμός	Ti βτ%	Al wt%	Άλλο
Ti-45Al-3Nb	45%	Ισορροπία	Nb 3%
Ti-55Al	55%	Ισορροπία	–
Ti-62Al	62%	Ισορροπία	–

Οι συνήθεις συνθέσεις βασίζονται στην περιεκτικότητα τιτανίου, όπως Ti-45Al, Ti-55Al ή Ti-62Al, που αντιπροσωπεύουν το ποσοστό βάρους του τιτανίου. Ενδέχεται να υπάρχουν μικρές ποσότητες χρωμίου ή νιοβίου.

Κατανομή Μεγέθους Σωματιδίων Σκόνης TiAl3

Μέγεθος σωματιδίων	Διανομή
-150 + 45 Ã× m	5% το ανώτερο
-45 + 22 × m	40-60%
-22 µm	Ισορροπία

Οι τυπικές κατανομές μεγέθους για τις διεργασίες AM συγκεντρώνονται γύρω από τα 22-45 Ã×m με ελάχιστα λεπτά κάτω από τα 22 Ã×m. Χρησιμοποιούνται μεγαλύτερα μεγέθη έως και 150 Ã×m για θερμικό ψεκασμό.

Πρότυπα σκόνης TiAl3

• ASTM B821 - Πρότυπο για την προετοιμασία σκονών και συμπαγών ανθεκτικών κραμάτων μέσω τεχνικών πλάσματος
• AMS 4982 – αναλώσιμα κονιοποιημένα υλικά, αλουμινίδια τιτανίου, πλάσμα εναπόθεσης
• AMS 7008 – Σκόνη κράματος αλουμινίου τιτανίου για επικαλύψεις θερμικού ψεκασμού

Η παρασκευή, δειγματοληψία, δοκιμή και αποδοχή κονιοποιημένων ακολουθούν τα βιομηχανικά πρότυπα για πυρίμαχα κράματα και τιτανίου αλουμινίδια.

Η σκόνη TiAl3 παρουσιάζει κάποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε σύγκριση με άλλες κοινώς χρησιμοποιούμενες σκόνες:

Σύγκριση σκόνης TiAl3 με άλλες σκόνες

Παράμετρος	TiAl3	Ti6Al4V	AlSi10Mg
Πυκνότητα	Χαμηλότερη	Υψηλότερα	Χαμηλότερη
Αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες	Υψηλότερα	Χαμηλότερη	Πολύ χαμηλότερη
Αντοχή σε οξείδωση	Άριστος	Μέτρια	Φτωχός
Θερμική αγωγιμότητα	Υψηλότερα	Χαμηλότερη	Υψηλότερα
Κόστος	Υψηλότερα	Χαμηλότερη	Χαμηλότερη
Κατασκευαστικότητα	Πιο δύσκολο	Ευκολότερο	Ευκολότερο
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ	Αεροδιαστημική, αυτοκινητοβιομηχανία	Αεροδιαστημική, βιοϊατρική	Αυτοκινητοβιομηχανία, γενικά

• To TiAl3 έχει υψηλότερη αντοχή από τα κράματα Ti όπως το Ti6Al4V σε θερμοκρασίες πάνω από 600¡«C
• Προσφέρει καλύτερη αντοχή στην οξείδωση σε σχέση με τα κράματα τιτανίου και αλουμινίου
• Ακριβότερο από τα κράματα τιτανίου λόγω της υψηλής περιεκτικότητας σε αλουμίνιο
• Δε μηχανουργείται ούτε διαμορφώνεται τόσο εύκολα όσο τα κράματα τιτανίου σε θερμοκρασία δωματίου
• Ιδανικό για δομικές εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας

Κατανοώντας πού το TiAl3 υπερέχει ή υστερεί σε σχέση με άλλα συστήματα κραμάτων, θα προσδιορίσουμε τις κατάλληλες εφαρμογές για την αξιοποίηση των πλεονεκτημάτων του.

Προμηθευτές σκόνης TiAl3

Η σκόνη TiAl3 διατίθεται στην αγορά από πολλούς προμηθευτές παγκοσμίως. Μερικοί από τους μεγαλύτερους κατασκευαστές είναι οι εξής:

Κατασκευαστές Πούδρας TiAL3

Εταιρεία	Product Grades	Τοποθεσία
AMETEK	TiAl3-100A, TiAl3-500	ΗΠΑ
AP&C	TiAl3-230, TiAl3-360	Καναδάς
Sandvik	Σκόνη TiAl3 Osprey	Σουηδία
TLS Τεχνική	TiAl3-100A	Γερμανία
Praxair	TiAl3-100A	ΗΠΑ

Τιμολόγηση σκόνης TiAl3

Βαθμός	Μέγεθος σωματιδίων	Εύρος Τιμών
TiAl3-100A	15-45 cm	450€-550€/kg
TiAl3-230	45-180 ×µm	$350-$450/κιλό
TiAl3-500	10-45 μm	$500-$600/κιλό

Οι τιμές εξαρτώνται από τον όγκο αγοράς, τα επίπεδα καθαρότητας, τη κατανομή του μεγέθους των σωματιδίων και τη μορφολογία. Είναι επίσης δυνατές προσαρμοσμένες συνθέσεις κράματος αλλά είναι ακριβότερες.

Συχνές ερωτήσεις

Ε: Ποιες μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή σκόνης TiAl3;

Α: Οι κύριες μέθοδοι παραγωγής είναι αεριοποίηση αερίου, η διαδικασία περιστρεφόμενου ηλεκτροδίου πλάσματος και μηχανική κράμαξη. Κάθε μέθοδος έχει ως αποτέλεσμα διαφορετικά χαρακτηριστικά σκόνης κατάλληλα για διαφορετικές εφαρμογές.

Ε: Είναι το TiAl3 συμβατό με τα κράματα τιτανίου;

A: Το TiAl3 έχει πολύ περιορισμένη συμπαγή διαλυτότητα σε κράματα τιτανίου όπως το Ti6Al4V. Δεν συνιστάται η ανάμειξη σκόνης TiAl3 με σκόνες κράματος τιτανίου λόγω του σχηματισμού εύθραυστων ενδιάμεσων μεταλλικών φάσεων.

Ερ.: Ποια στοιχεία κράματος μπορούν να προστεθούν στο TiAl3;

A: Στοιχεία όπως Nb, Cr, Ni, Cu έχουν προστεθεί κράμα σε TiAl3 για να τροποποιήσουν τη μικροδομή και τις μηχανικές ιδιότητες. Ωστόσο, η υπερβολική κράμα μπορεί να επηρεάσει αρνητικά την αντοχή στην οξείδωση.

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ PREP και αεριοποιημένης σκόνης TiAl3;

A: Η σκόνη PREP έχει λεπτά σφαιρικά σωματίδια κατάλληλα για πρόσθετη κατασκευή, ενώ η σκόνη αεριζόμενου αερίου έχει ελαφρώς χονδροειδή σωματίδια και είναι πιο οικονομικά και κατάλληλα για πρεσαριστή και θερμοσυγκόλληση.

Q: Ποιες προφυλάξεις πρέπει να λαμβάνονται κατά το χειρισμό της σκόνης TiAl3;

Α: Η σκόνη του TiAl3 είναι εύφλεκτη και επιρρεπής σε οξείδωση. Θα πρέπει να φοριέται κατάλληλος ατομικός προστατευτικός εξοπλισμός (PPE) και ο χειρισμός θα πρέπει να γίνεται κάτω από αδρανή ατμόσφαιρα για την πρόληψη της μόλυνσης. Η έκθεση σε υγρασία και οξυγόνο υποβαθμίζει την ποιότητα της σκόνης.

Συμπέρασμα

Συνοπτικά, το TiAl3 είναι ένα σημαντικό υψηλής θερμοκρασίας διαμεταλλικό υλικό διαθέσιμο σε μορφή σκόνης για διάφορες εφαρμογές. Οι ιδιότητές του, όπως η χαμηλή πυκνότητα, η αντοχή και η αντοχή στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες, το καθιστούν κατάλληλο για τις αεροδιαστημικές, αυτοκινητοβιομηχανίες και τον ενεργειακό τομέα. Ο σωστός χειρισμός, η αποθήκευση και ο έλεγχος της σκόνης είναι κρίσιμης σημασίας για την επίτευξη των ιδιοτήτων του τελικού εξαρτήματος. Το TiAl3 προσφέρει πλεονεκτήματα σε σχέση με τα συμβατικά κράματα τιτανίου για δομικές χρήσεις υψηλών θερμοκρασιών, παρά κάποιους περιορισμούς στην κατεργασία και στη διαμόρφωση σε θερμοκρασία δωματίου. Η συνεχιζόμενη έρευνα αποσκοπεί στην περαιτέρω βελτίωση του υλικού με πρόσθετα κραμάτων και καινοτόμες τεχνικές επεξεργασίας.