Σκόνη κράματος TiNb

Εισαγωγή στην σκόνη κράματος TiNb

Το κράμα σε μορφή σκόνης TiNb αποτελείται από τιτάνιο και Νιόβιο μέταλλα. Προσφέρει ένα μοναδικό συνδυασμό υψηλής αντοχής, χαμηλής πυκνότητας, βιοσυμβατότητας, αντοχής στη διάβρωση, κούρασης και αντοχής σε ερπυσμό σε υψηλές θερμοκρασίες.

Τα κράματα TiNb ανήκουν σε μια ευρύτερη κατηγορία διαμεταλλικών υλικών τιτανίου τα οποία διαθέτουν ανώτερες φυσικές, χημικές και μηχανικές ιδιότητες συγκριτικά με το καθαρό τιτάνιο. Η προσθήκη του νιοβίου ως στοιχείο κράματος βελτιώνει ορισμένες ιδιότητες και επιτρέπει την προσαρμογή των κραμάτων TiNb για συγκεκριμένες εφαρμογές.

Μερικά από τα βασικά πλεονεκτήματα της σκόνης κράματος TiNb περιλαμβάνουν:

• Υψηλός λόγος αντοχής και βάρους
• Ικανότητα αντοχής σε ακραίες θερμοκρασίες και καταπονήσεις
• Αντιστέκεται στη φθορά, την τριβή και τη διάβρωση σε σκληρά περιβάλλοντα
• Βιοσυμβατός και μη τοξικός για ιατρικές χρήσεις
• Μπορεί να επεξεργαστεί σε σύνθετα σχήματα μέσω της προσθετικής κατασκευής
• Προσφέρει ευελιξία σχεδίου για τους μηχανικούς

Τα κράμματα TiNb ανταγωνίζονται τα υπερκράματα που βασίζονται σε νικέλιο και κοβάλτιο στη βιομηχανία αεροδιαστημικής. Επίσης, προσφέρουν μια εναλλακτική λύση σε σχέση με τους ανοξείδωτους χάλυβες για βιοϊατρικά εμφυτεύματα και συσκευές. Τα κράμματα TiNb καθιστούν εφικτές νέες εφαρμογές και σχεδιασμούς που δεν είναι δυνατοί με άλλα υλικά.

Αυτό το άρθρο παρέχει τεχνικές πληροφορίες που καλύπτουν τη σύνθεση, τις ιδιότητες, την επεξεργασία, τις εφαρμογές, τις προδιαγραφές, τα κόστη και άλλες πρακτικές πτυχές της σκόνης κράματος TiNb.

Σύνθεση σκόνης κράματος TiNb

Τα κράματα TiNb περιέχουν κυρίως τιτάνιο και νιόβιο ως τα βασικά συστατικά στοιχεία. Η περιεκτικότητα σε νιόβιο συνήθως κυμαίνεται από 10% έως 50% κατά βάρος, και το υπόλοιπο να είναι τιτάνιο.

Ο λόγος του Ti προς το Nb μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να δημιουργήσει διαφορετικούς βαθμούς κραμάτων TiNb βελτιστοποιημένους για συγκεκριμένες ιδιότητες. Ορισμένοι κοινοί βαθμοί TiNb περιλαμβάνουν:

• Ti-10Nb - 10% νιόβιο, 90% τιτάνιο
• Ti-35Nb - 35% νιόβιο, 65% τιτάνιο
• Ti-45Nb - 45% νιόβιο, 55% τιτάνιο
• Ti-50Nb - 50% νιόβιο, 50% τιτάνιο

Επιπλέον, μπορούν να προστεθούν μικρές ποσότητες άλλων στοιχείων, όπως ζιρκόνιο, ταντάλιο, μολυβδαίνιο, χρώμιο, προκειμένου να βελτιωθούν περαιτέρω οι ιδιότητες. Επίσης, οξυγόνο και άζωτο μπορεί να υπάρχουν ως ακαθαρσίες.

Πίνακας 1: Χημική σύσταση κοινών βαθμών TiNb

Βαθμός κράματος	Περιεκτικότητα Νιόβιου	Περιεκτικότητα σε Τιτάνιο
Ti-10Nb	10%	90%
Ti-35Nb	35%	65%
Ti-45Nb	45%	55%
Ti-50Nb	50%	50%

Ο έλεγχος της σύστασης είναι ζωτικής σημασίας για την επίτευξη των επιθυμητών ιδιοτήτων στο τελικό προϊόν κράματος TiNb. Οι τεχνικές μεταλλουργίας σκονών επιτρέπουν την ακριβή ανάμιξη των συστατικών μετάλλων σε μια πρώτη ύλη σκόνης κράματος.

Ιδιότητες της σκόνης κράματος TiNb

Τα κράματα TiNb παρουσιάζουν μια σειρά από χρήσιμες φυσικές, μηχανικές κι χημικές ιδιότητες που τα καθιστούν κατάλληλα για εφαρμογές υψηλών επιδόσεων. Ορισμένες βασικές ιδιότητες περιλαμβάνουν:

Φυσικές ιδιότητες

• Πυκνότητα – 4,5 έως 5,5 g/cm3, χαμηλότερη από τους χάλυβες και τα νικέλια
• Σημείο Τήξης -1550-1750¡«C, ανάλογα με τη σύνθεση
• Ηλεκτρική αντίσταση: 0,5 έως 0,6 Ω×mm2/m, υψηλότερη από τον καθαρό τιτάνιο
• Θερμική αγωγιμότητα – 6 έως 22 W/m.K, μικρότερη από του τιτανίου

Μηχανικές Ιδιότητες

• Αντοχή σε εφελκυσμό - 500 έως 1100 MPa, αυξάνεται με την περιεκτικότητα σε νιόβιο
• Αντοχή σε εφελκυσμό -- 300 έως 900 MPa
• Επιμήκυνση - 10% έως και 25%
• Σκληρότητα – 200 έως 350 HV
• Αντοχή κόπωσης – 400 έως 600 MPa

Άλλες Ιδιότητες

• Αντοχή στη διάβρωση – Εξαιρετική λόγω του προστατευτικού στρώματος οξειδίων
• Αντοχή στη φθορά – Καλύτερη από τον τιτάνιο λόγω σκληρότητας
• Βιοσυμβατότητα - μη τοξικό και μη αλλεργιογόνο

Ρυθμίζοντας την αναλογία Ti/Nb, ιδιότητες όπως η αντοχή, η ακαμψία, η σκληρότητα και η ελαστικότητα μπορούν να βελτιστοποιηθούν ανάλογα με τις απαιτήσεις των εφαρμογών.

Πίνακας 2: Τυπικές ιδιότητες του κράματος Ti-35Nb

Ακίνητη περιουσία	Αξία
Πυκνότητα	5.2 g/cm3
Σημείο Τήξης	1600μ.Χ
Αντοχή σε εφελκυσμό	650 MPa
Αντοχή σε επιμήκυνση	550 MPa
Επέκταση	15%
Μονάδα μέτρησης ελαστικότητας	60 GPa
Σκληρότητα	250 υψηλής τάσης

Εφαρμογές σκόνης κράματος TiNb

Οι μοναδικές ιδιότητες των κραμάτων TiNb τα καθιστούν κατάλληλα για απαιτητικές εφαρμογές σε διάφορους κλάδους:

Αεροδιαστημική

• Συστατικά κινητήρων – φτερωτές, δίσκοι, στοιχεία στερέωσης
• Μέρη αεροπλάνου - σύστημα προσγείωσης, φτερά, άτρακτος
• Υδραυλικά συστήματα – αντλίες, βαλβίδες, ενεργοποιητές

Αυτοκινητοβιομηχανία

• Βαλβίδες μηχανής, ελατήρια βαλβίδων
• Μπιέλες, ρότορες υπερσυμπιεστών
• Συστατικά αγωνιστικών αυτοκινήτων

Βιοϊατρική

• Ενδοπρόθετα ορθοπεδικά - γόνατος, ισχίου
• Οδοντικά εμφυτεύματα, Στεφάνες
• Χειρουργικά Εργαλεία
• Ιατρικές συσκευές

Χημική Βιομηχανία

• Εναλλάκτες θερμότητας, αντιδραστήρες
• Αντλίες, βάνες, σωληνώσεις
• Ανθεκτικός σε διάβρωση εξοπλισμός

Άλλες εφαρμογές

• Είδη σπορ – μπαστούνια γκολφ, σκελετοί ποδηλάτου
• Ρολόγια και κοσμήματα υψηλής ποιότητας
• Ηλεκτρικές Επαφές και Σύνδεσμοι
• Ανταλλακτικά για κλιβάνους υψηλής θερμοκρασίας

Ο συνδυασμός αντοχής, ανθεκτικότητας στη θερμοκρασία, ανθεκτικότητας στη διάβρωση και βιοσυμβατότητας επιτρέπει στα κράματα TiNb να αντικαταστήσουν τα βαρύτερα υλικά σε αυτούς τους κλάδους.

Πίνακας 3: Εφαρμογές κράματος TiNb ανά κλάδο

Βιομηχανία	ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ
Αεροδιαστημική	Συστατικά κινητήρα, μέρη αεροπλάνου, υδραυλικά συστήματα
Αυτοκινητοβιομηχανία	Ελατήρια βαλβίδων, βαλβίδες κινητήρα, μπιέλες
Βιοϊατρική	Εμφυτεύματα, οδοντιατρικά, χειρουργικά εργαλεία, συσκευές
Χημικό	Εναλλάκτες θερμότητας, αντιδραστήρες, αντλίες, βαλβίδες
Άλλο	Αθλητικά είδη, ρολόγια, ηλεκτρικές επαφές, εξαρτήματα φούρνου

Επεξεργασία κράματος κονιοποιημένης TiNb

Η σκόνη κράματος TiNb μπορεί να παραχθεί μέσω διαφορετικών οδών επεξεργασίας:

Ανάμειξη Μεταλλικών Σκονών

• μικροσωματίδια στοιχειακού τιτανίου και νιοβίου συνδυάζονται στον απαιτούμενο συνδυασμό
• Το μίγμα αναμεμειγμένης σκόνης κράματος TiNb κατασκευάζεται μηχανικά για τη δημιουργία της μορφής σκόνης κράματος TiNb

Αεριοποίηση

• το τήγμα κράματος TiNb αεριοποιείται με ένα αδρανές αέριο σε λεπτές σταγόνες
• οι σταγονίδες στερεοποιούνται σε σφαιρικά σωματίδια σκόνης κράματος

Ημέρα Πρωτομαγιάς (PREP)

• Η ράβδος ηλεκτροδίου TiNb τήκεται με πλασματικό τόξο και περιστρέφεται σε υψηλές ταχύτητες
• η φυγοκεντρική δύναμη προκαλεί το σπάσιμο των σταγονιδίων και τη στερεοποίησή τους σε σωματίδια

Μέθοδος Υδριδίου-Αφυδριδίου (HDH)

• Τα μέταλλα Ti και Nb μετατρέπονται σε εύθραυστες σκόνες υδριδίου
• Οι σκόνες υδριδίων αναμιγνύονται, απουδρογονούνται, συνθλίβονται και κοσκινίζονται

Το μέγεθος σωματιδίων, η μορφολογία, η ρευστότητα και η μικροδομή της σκόνης μπορούν να ελεγχθούν επιλέγοντας τη κατάλληλη διαδικασία κατασκευής. Αυτό επηρεάζει τις τελικές ιδιότητες μετά τη στερεοποίηση.

Πίνακας 4: Μέθοδοι παραγωγής σκόνης κράματος TiNb

Μέθοδος	Περιγραφή	Μέγεθος σωματιδίων	Μορφολογία
Μηχανική Κράμα	Ανάμιξη και άλεση πούδρας τιτανίου και νιοβίου	10 – 50 μικρά	Ακανόνιστο, γωνιώδες
Αεριοποίηση	Ατομοποίηση τηγμένου κράματος με αδρανές αέριο	15– 150 μικρόμετρα	Σφαιρικό
Πλάσμα περιστρεφόμενο ηλεκτρόδιο	Φυγόκεντρη αποδιοργάνωση τήγματος ηλεκτροδίου	50 – 150 μικρά	Σφαιρικό
Διαδικασία HDH	Υδρίωση, αφυδρίωση, θραύση αναμεμιγμένων σκονών	10 – 63 micron	Ακανόνιστο, γωνιώδες

Στερεοποίηση της Κόνιδος Κράματος TiNb

Η σκόνη κράματος TiNb μπορεί να μετατραπεί σε στοιχεία πλήρους πυκνότητας χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές συνένωσης μεταλλουργίας σκόνης:

Εν καυτή ισοστατική πίεση (HIP)

• η εγκλωβισμένη σκόνη HIPπίζεται σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση

Κενότητα σκλήρυνσης

• η σκόνη πυκνώνεται με έψηση σε φούρνο κενού

Συμπυκνωμένη με σπινθήρα σκόνης σύντηξης

• η σκόνη θερμαίνεται και συμπιέζεται ταυτόχρονα μέσω παλμικού συνεχούς ρεύματος

Έγχυση μετάλλων (MIM)

• αναμίγνυεται με συνδετικό υλικό, διαμορφώνεται, αποσυνδέεται και συντηρείται

προσθετική κατασκευή

• συνένωση κλίνης σκόνης (SLM, EBM) ή κατευθυνόμενη εναπόθεση ενέργειας (DED)

Η πυροσυσσωμάτωση HIP και η σύντηξη κενού μπορούν να επιτύχουν πυκνότητα κοντά στην πλήρη, ενώ διατηρείται μια λεπτή μικροδομή. Η προσθετική κατασκευή παρέχει μεγαλύτερη γεωμετρική ελευθερία. Η διαδικασία συσσωμάτωσης μπορεί να βελτιστοποιηθεί ώστε να επιτευχθούν οι επιθυμητές ιδιότητες.

Πίνακας 5: Τεχνικές συμπύκνωσης σκόνης κράματος TiNb

Μέθοδος	Περιγραφή	Πυκνότητα	Μικροδομή	Γεωμετρία
HIP	Υψηλή πίεση, Υψηλή θερμοκρασία	Σχεδόν πλήρης πυκνότητα	Εντάξει	Απλά σχήματα
Κενότητα σκλήρυνσης	Συγκόλληση σε κλίβανο κενού	Σχεδόν πλήρης πυκνότητα	Εντάξει	Απλά σχήματα
Συμπυκνωμένη με σπινθήρα σκόνης σύντηξης	Παρορμική τάση και πίεση	Πυκνότητα ομαλή	Υπεράκαμψη	Απλά σχήματα
Χύτευση με έγχυση μετάλλων	Σχηματισμός σκόνης + συνδετικού	Σχεδόν πλήρης πυκνότητα	Υπεράκαμψη	Σύνθετα σχήματα
προσθετική κατασκευή	Σύντηξη κλίνης σκόνης ή κατευθυντική εναπόθεση ενέργειας	Σχεδόν πλήρης πυκνότητα	Χονδροειδής	Σύνθετα σχήματα

Προδιαγραφές για κράμα σκόνης TiNb

Η σκόνη κράματος TiNb είναι διαθέσιμη σε διάφορες προδιαγραφές προσαρμοσμένες σε διαφορετικές εφαρμογές:

Συνθέσεις: Βαθμοί με περιεκτικότητα νιοβίου από 10% έως 50%

Μέγεθος σωματιδίων: Από 10 έως 150 μικρά

Μορφολογία: Σφαιρικές, ακανόνιστες ή ανάμεικτες

Μέθοδος παραγωγής: Το αέριο ψεκάστηκε, HDH, αναμεμειγμένο στοιχειώδες

Καθαρότητα: >Τιτάνιο >99,5%, Νιόβιο >99,8%

Περιεκτικότητα οξυγόνου: <2000 ppm

Ρευστότητα: Ροή στη χοάνη > 23 δευτερόλεπτα/50 γραμμάρια

Φαινομενική Πυκνότητα: ¡Ô 2,5 g/cc

Συντελεστής Απορρόφησης: ¡Ç 3.5 g/cc

Η χημική σύσταση, η κατανομή μεγέθους σωματιδίων, η μορφολογία, ο ρυθμός ροής και η πυκνότητα αποτελούν γενικά καθορισμένες ιδιότητες. Ειδικά κράματα και προδιαγραφές πούδρας μπορούν να παραχθούν για συγκεκριμένες εφαρμογές.

Πίνακας 6: Τυπική προδιαγραφή ατομικού порошка Ti-35Nb σε αέριο

Παράμετρος	Προδιαγραφές
Σύνθεση κράματος	Ti-35Nb
Μέγεθος σωματιδίων	15 έως 45 microns
Μορφολογία	Σφαιρικό
Μέθοδος παραγωγής	Αεριοποίηση
Αγνότητα	Ti >99,5%, Nb >99,8%
Περιεκτικότητα οξυγόνου	< 1500 ppm
Ρους	>38 δευτ./50γρ
Φαινομενική πυκνότητα	¡Ô 2.7 γραμμάρια/κ.εκ.
Πυκνότητα πατήματος	! Ο 4.2 g/cc

Προμηθευτές σκόνης κράματος TiNb

Μερικοί κορυφαίοι παγκόσμιοι προμηθευτές σκόνης κράματος τιτανίου-νιόβιου περιλαμβάνουν:

• AP&C - Κουβάκια από τιτάνιο και νιόβιο
• Atlantic Equipment Engineers – σφαιρικές και γωνιώδεις σκόνες
• TLS Technik - Αεριωθούμενα κράματα TiNb
• Τεχνολογία μεταλλικών στοιχείων - στοιχειώδη μεταλλικά κράματα και προ-κραματισμένοι σκόνες
• Sandvik Osprey - σφαιρικές σκόνες με αέριο ατόμισμα
• Carpenter Additive – εξειδικευμένες σκόνες κράματος

Τα κράματα TiNb προσφέρονται επίσης από προμηθευτές μετάλλων τιτανίου και νιοβίου. Αυτοί οι παραγωγοί μπορούν να προμηθεύσουν τόσο τυποποιημένα κράματα όσο και προσαρμοσμένες συνθέσεις.

Πίνακας 7: Προμηθευτές κονιοποιημένου κράματος TiNb

Εταιρεία	Υλικά	Μέθοδοι Παραγωγής
AP&C	Κράματα τιτανίου, νιόβιου TiNb	Αεριοποίηση
Atlantic Equipment Engineers	Κράματα τιτανίου, νιόβιου TiNb	Αεριοποίηση, ανάμειξη
TLS Τεχνική	Κράματα TiNb	Αεριοποίηση
Τεχνολογία μετάλλου	Κράματα TiNb	Μείγμα ακατέργαστων προ-κραμάτων
Sandvik Osprey	Κράματα TiNb	Αεριοποίηση
Carpenter Additive	Προσαρμοσμένα κράματα TiNb	Αεριοποίηση

Κόστος σκόνης κράματος TiNb

Η σκόνη κράματος TiNb είναι ακριβότερη από την σκόνη τιτανίου ή νιοβίου. Το κόστος εξαρτάται από:

• Σύνθεση – το υψηλότερο περιεχόμενο Nb αυξάνει το κόστος
• Καθαρότητα - το υψηλότερο κόστος για υψηλότερη καθαρότητα
• Μέγεθος και κατανομή σωματιδίων
• Μέθοδος παραγωγής - η σκόνη αερίου ατομοποίησης κοστίζει περισσότερο
• Ποσότητα παραγγελίας - οι μεγαλύτερες ποσότητες έχουν μικρότερο κόστος

Ενδεικτική τιμολόγηση για σκόνη κράματος TiNb σε μικρές ποσότητες:

• Ti-10Nb: 100 - 300 δολάρια ανά κιλό
• Ti-35Nb: 200 έως 500 $ ανά κιλό
• Ti-50Nb: 300 έως 800 δολάρια ανά κιλό

Η τιμολόγηση μειώνεται σημαντικά για μαζικές παραγγελίες εκατοντάδων κιλών ή πολλών τόνων.

Πίνακας 8: Ενδεικτική τιμολόγηση των κονιοποιημένων κραμάτων TiNb

Κράμα	Τιμολόγηση ($/kg)
Ti-10Nb	$100 – $300
Ti-35Nb	$200 – $500
Ti-50Nb	$300 – $800

Χειρισμός και αποθήκευση σκόνης κράματος TiNb

Ως αντιδραστική μεταλλική σκόνη, χρειάζεται κάποια προσοχή όταν διαχειρίζεστε σκόνη κράματος TiNb:

• Φυλάσσετε το δοχείο σφραγισμένο και σε ένα ξηρό και αδρανές περιβάλλον, για να αποφύγετε την οξείδωση και τη μόλυνση
• Αποφύγετε την επαφή με οξυγόνο, υγρασία, λάδια, εύφλεκτα υλικά
• Αποτρέψτε τη συσσώρευση λεπτής σκόνης πάνω σε επιφάνειες ή εξοπλισμό
• Γειώστε όλο τον αγώγιμο εξοπλισμό που χρησιμοποιείται στο χειρισμό
• Χρησιμοποιήστε εργαλεία που δεν προκαλούν σπινθήρα και ελαχιστοποιήστε την παραγωγή σκόνης
• Να φοράτε γάντια και εξοπλισμό αναπνευστικής προστασίας κατά τον χειρισμό
• Χρησιμοποιήστε συστήματα εξαερισμού με γείωση και αποφύγετε τους σκονισμένους χώρους
• Να φυλάσσεται μακριά από θερμότητα, φλόγες, σπινθήρες και άλλες πηγές ανάφλεξης.
• Ακολουθήστε το δελτίο δεδομένων ασφαλείας για σωστή χρήση ατομικού προστατευτικού εξοπλισμού και προφυλάξεων

Εάν αποθηκευθεί κατάλληλα σε ένα ξηρό, αδρανές περιβάλλον, η σκόνη κράματος TiNb έχει τυπική διάρκεια ζωής 12 μήνες. Οι ακατάλληλες συνθήκες αποθήκευσης μπορούν να οδηγήσουν σε οξείδωση, απώλεια ρευστότητας ή κινδύνους ανάφλεξης.

Πίνακας 9: Οδηγίες χειρισμού κονιοποιημένου κράματος TiNb

Παράμετρος	Οδηγίες
Αποθήκευση	Σφραγισμένα δοχεία, αδρανή ξηρή ατμόσφαιρα
Ατμόσφαιρα	Αποφεύγετε το οξυγόνο, την υγρασία, τα έλαια, τα εύφλεκτα
Εξοπλισμός	Γείωσε όλες τις αγώγιμες συσκευές
Εργαλεία	Χρησιμοποιήστε μη σπινθηρίζοντα εργαλεία
Αερισμός	Σύστημα εξαερισμού με γείωση
ΠΠΠ	Γάντια, προστασία αναπνοής
Προφυλάξεις	Αποφύγετε την θερμότητα, τις φλόγες, τους σπινθήρες
Διάρκεια ζωής στο ράφι	12μηνες σε αδρανή ατμόσφαιρα

Φύλλο Δεδομένων Ασφαλείας για σκόνη κραμάτων TiNb

Όπως και με άλλες σκόνες αντιδραστικών μετάλλων, μερικές σημαντικές προφυλάξεις ασφαλείας για το κράμα TiNb:

• Φορέστε ΜΑΠ – γάντια, προστατευτικά ματιών, μάσκα/αναπνευστήρα
• Αποφύγετε την εισπνοή σκόνης - χρησιμοποιήστε αναπνευστική προστασία
• Αποφεύγετε την επαφή με το δέρμα και τα μάτια
• Πλύνετε καλά τα χέρια σας μετά το χειρισμό της σκόνης
• Αποφύγετε τις πηγές ανάφλεξης, οι σκόνες ενδέχεται να είναι εύφλεκτες
• Χρησιμοποιήστε την κατάλληλη γείωση και εξαερισμό
• Αδρανής αποθηκευτική ατμόσφαιρα για την αποτροπή οξείδωσης
• Αποφύγετε τις διαρροές και τη συσσώρευση σκόνης στις επιφάνειες
• Ακολουθήστε τις οδηγίες σχετικά με τα φύλλα δεδομένων ασφαλείας (SDS) και τις ετικέτες προειδοποίησης

Πρώτες βοήθειες:

• Εισπνοή: Μεταφερθείτε σε καθαρό αέρα. Ζητήστε ιατρική βοήθεια αν χρειάζεται.
• Επαφή με το δέρμα: Πλύνετε με σαπούνι και νερό. Ζητήστε ιατρική βοήθεια εάν ο ερεθισμός επιμείνει.
• Επαφή με τα μάτια: Καθαρίστε τα μάτια με νερό για 15 λεπτά. Λάβετε ιατρική βοήθεια.
• Κατανάλωση: Πιείτε νερό. Ζητήστε ιατρική βοήθεια αν νιώσετε δυσφορία.

Πριν από τη διαχείριση και την επεξεργασία της σκόνης κράματος TiNb, ανατρέξτε πάντα στο Δελτίο Δεδομένων Ασφαλείας (SDS) από τον προμηθευτή για πλήρη πληροφορίες σχετικά με την υγεία και την ασφάλεια.

Πίνακας 10: Βασικά μέτρα ασφαλείας για σκόνη κράματος TiNb

Είδος ασφαλείας	Προφυλάξεις
ΠΠΠ	Γάντια, γυαλιά ασφαλείας, μάσκα N95
Εισπνοή	Χρησιμοποιήστε αναπνευστική προστασία
Επαφή δέρματος	Πλύνετε την πληγείσα περιοχή με σαπούνι και νερό
Οπτική επαφή	Ξεπλένετε τα μάτια με νερό για 15 λεπτά
Κατάποση	Πιείτε νερό. Ζητήστε ιατρική βοήθεια εάν χρειαστεί.
Αερισμός	Χρησιμοποιήστε καλυμμένους απορροφητήρες
Γείωση	Γείωση οποιουδήποτε εξοπλισμού κατά τη διαχείριση
Ανάφλεξη	Αποφύγετε σπινθήρες, φλόγες, πηγές θερμότητας
Αποθήκευση	Αδρανής ατμόσφαιρα μακριά από εύφλεκτα υλικά

Επιθεώρηση Ποιότητας Σκόνης Κράματος TiNb

Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι η σκόνη κράματος TiNb πληροί τις προδιαγραφές, εκτελούνται διάφοροι ποιοτικοί έλεγχοι:

• Χημική ανάλυση?- Ανάλυση ICP, GDMS ή LECO για επαλήθευση σύνθεσης και καθαρότητας
• Ανάλυση μεγέθους σωματιδίων?- laser διάθλαση ή κοσκινιζομέτρηση για κατανομή μεγέθους
• Μορφολογία?- Εικόνα SEM για έλεγχο του σχήματος των σωματιδίων και της τοπογραφίας της επιφάνειας
• Ρους?- Δοκιμή ροόμετρου χοάνης για ρευστότητα σκόνης
• Πυκνότητα?- μετρήσεις φαινομενικής πυκνότητας και πυκνότητας πληροκρούσεως
• Οξυγόνο/Άζωτο?- για ανάλυση αερίων αδρανείας σύντηξης για ενδιάμεσες ακαθαρσίες
• Προσδιορισμός φάσεων?- Ανάλυση XRD για τον προσδιορισμό των φάσεων που υπάρχουν

Οι ιδιότητες της σκόνης ελέγχονται σε κάθε παρτίδα σύμφωνα με πρότυπα ποιότητας όπως τα ASTM B939, ASTM F3049, EN 10204 3.1. Η σκόνη μπορεί να αναμιχθεί μεταξύ παρτίδων για να επιτευχθεί ομοιομορφία.

Πίνακας 11: Μέθοδοι δοκιμών για σκόνη κράματος TiNb

Έλεγχος	Μέθοδος	Standard
Σύνθεση	ICP, GDMS, LECO	ASTM E1479, ASTM E2330
Κατανομή μεγέθους σωματιδίων	Διάθλαση λέιζερ, κοσκίνισμα	ASTM B822
Μορφολογία	Εικόνιση SEM	ASTM B822
Ρους	Μετρητής ροής Hall	ASTM B213
Πυκνότητα	Βολομετρικός ανιχνευτής Scott	ASTM B212
Οξυγόνο/Άζωτο	Ανενεργός σύντηξη αερίων	ASTM E1019
Ανάλυση φάσεων	Ακτινοδιάθλαση ακτίνων Χ	ASTM E1876

Ιατρικές Εφαρμογές του Κράματος TiNb

Λόγω της βιοσυμβατότητάς τους, της υψηλής αντοχής και του χαμηλού μέτρου ελαστικότητας, τα κράματα TiNb χρησιμοποιούνται ευρέως σε ιατρικά εμφυτεύματα και συσκευές:

Ορθοπεδικά εμφυτεύματα

• Αντικαταστάσεις γόνατος και ισχίου
• Οστεοσύνθεσης, βίδες
• Συσκευές σταθεροποίησης σπονδυλικής στήλης
• Οδοντικά εμφυτεύματα και γέφυρες

Τα κράματα TiNb όπως το Ti-35Nb και το Ti-45Nb ταιριάζουν με την ελαστικότητα του ανθρώπινου οστού δίνοντας ταυτόχρονα υψηλή αντοχή σε κούραση. Αυτό μειώνει την προστασία από το στρες σε σχέση με τα πιο σκληρά κράματα τιτανίου.

Συσκευές καρδιαγγειακών παθήσεων

• Στεντ
• Κάλυμμα Βηματοδότη
• Οδηγοί συρμάτων
• Χειρουργικά Εργαλεία

Η αντοχή στη διάβρωση, η μη τοξικότητα και ο μη μαγνητισμός των κραμάτων TiNb τα καθιστούν κατάλληλα για συσκευές που έρχονται σε επαφή με αίμα και ιστούς.

Βαθμίδες κράματος TiNb για ιατρική χρήση

• Ti-10Nb προς Ti-50Nb
• Ti-Nb-Zr, Ti-Nb-Ta για προσαρμοσμένες ιδιότητες
• Πρότυπα ISO 5832-11 και ASTM F2066

Συνήθως χρησιμοποιούνται χαμηλότερου μέτρου ροπής Ti-35Nb και Ti-45Nb. Το υψηλότερο Nb ενδυναμώνει αλλά αυξάνει το μέτρο ροπής. Μικρές προσθήκες Zr/Ta ρυθμίζουν περαιτέρω τις ιδιότητες.

Πλεονεκτήματα των κραμάτων TiNb για βιοϊατρική χρήση

• Άριστη βιοσυμβατότητα και οστεοενσωμάτωση
• Υψηλή αντοχή και αντοχή σε κόπωση
• Χαμηλή ελαστικότητα κοντά στο οστό
• Μη τοξικά, μη αλλεργιογόνα
• Ανθεκτικό στη διάβρωση
• Μη μαγνητικό.

Τα κράματα TiNb προσφέρουν τον καλύτερο συνδυασμό αντοχής, βιοσυμβατότητας, ανθεκτικότητας στη διάβρωση και ελαστικού συντελεστή για εμφυτεύματα.

Οι προκλήσεις των ιατρικών εξαρτημάτων του κράματος TiNb

• Δύσκολη κατεργασία και κατασκευή
• Πιο ακριβό από το κράμα Ti-6Al-4V
• Απαιτεί αυστηρό ποιοτικό έλεγχο και δοκιμές
• Τα κλινικά δεδομένα μακροπρόθεσμης εξέλιξης εξακολουθούν να υπάρχουν

Δεδομένου ότι τα εξαρτήματα TiNb είναι σχετικά νέα στην ιατρική χρήση, η κατασκευή και η αδειοδότησή τους μπορεί να είναι πιο περίπλοκες. Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα τους ανταλλάσσουν τις βραχυπρόθεσμες προκλήσεις.

Η χρήση του κράματος TiNb στην αυτοκινητοβιομηχανία

Η υψηλή αντοχή, αντοχή σε θερμοκρασία και αντοχή σε κόπωση των κράματων TiNb τα καθιστούν ελκυστικά για ανταλλακτικά αυτοκινήτων:

Ελατήρια βαλβίδων

• Υψηλότερη αντοχή επιτρέπει μικρότερη μάζα ελατηρίου
• Μειώνει το φλοτέ αρμός στις υψηλές στροφές
• Επιτρέπει υψηλότερη ισχύ εξόδου

Βαλβίδες κινητήρα

• Αντέχει σε υψηλής θερμοκρασίας καυσαέρια
• Αντέχει στη φθορά και την παραμόρφωση
• Ελαφρύ

Μπιέλες

• Υψηλός λόγος αντοχής και βάρους
• Μειώνει την εναλλασσόμενη μάζα
• Επιτρέπει μεγαλύτερο εύρος στροφών και δύναμη

Ροτόρες υπερσυμπιεστών

• Διατηρεί τη δύναμή της σε υψηλές θερμοκρασίες
• Αντιστέκεται στην παραμόρφωση από έρπυσμα
• Αντοχή σε θερμικό σοκ
• Χαμηλή πυκνότητα

Συστατικά αγωνιστικών αυτοκινήτων

• Ελαφριά ανάρτηση, εξαρτήματα πλαισίου
• Ανεπτυγμένη διάρκεια ζωής με κόπωση

Ο μειωμένος όγκος και η αδράνεια σε συνδυασμό με την αντοχή σε θερμοκρασία και κόπωση οδηγούν σε υψηλότερη απόδοση και αποτελεσματικότητα του κινητήρα.

Οι προκλήσεις των κραμάτων TiNb στην αυτοκινητοβιομηχανία

• Υψηλό κόστος σε σύγκριση με κράματα χάλυβα
• Δυσκολίες επεξεργασίας στην πούδρα μεταλλουργίας
• Περιορισμένοι προμηθευτές και εμπειρία κατασκευής
• Αβέβαιη σχέση κόστους-οφέλους

Τα οφέλη μπορεί στην αρχή να δικαιολογούν premium τιμολόγηση για οχήματα και μηχανοκίνητα υψηλών προδιαγραφών. Η ευρεία υιοθέτηση εξαρτάται από τους παραγωγούς σκόνης TiNb οδηγώντας τη μείωση των κόστων.

Αεροδιαστημικές εφαρμογές κραμάτων TiNb

Τα κράµατα TiNb ανταγωνίζονται τα κράµατα νικελίου για εφαρµογές σε κινητήρες αεροσκαφών και αεροπλανοδόµους όπου απαιτείται αντοχή σε χαµηλές θερµοκρασίες

Συστατικά κινητήρα

• Φτερωτές περιστροφής, δίσκοι, περιβλήματα
• Πτερύγια συμπιεστή
• Άξονες, συντηρητές
• Αντιστροφείς ώθησης

Διαρθρωτικά Μέρη

• Σύστημα προσγείωσης
• Φτερά, πλευρά, αντηρίδες
• Πλαίσια ατράκτου
• Υδραυλικοί σωλήνες

Οφέλη

• Από 30-50% χαμηλότερη πυκνότητα από τις υπερκράματα Ni
• Εξοικονόμηση βάρους
• Παρόμοια αντοχή και ανθεκτικότητα σε μικρο-ρήγματα
• Αντέχει σε υψηλές καταπονήσεις και θερμοκρασίες

Προκλήσεις