Σύνθεση κράματος TiNbZrSn σε μορφή σκόνης

Η σκόνη κράματος TiNbZrSn αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία:

Στοιχείο	Ποσοστό βάρους
Τιτάνιο (Ti)	35-40%
Νιόβιο (Nb)	35-40%
Ζιρκόνιο (Zr)	5-10%
Κασσίτερος (Sn)	5-10%

Αυτός ο ακριβής συνδυασμός τιτανίου, νιοβίου, ζιρκονίου και κασσίτερου έχει ως αποτέλεσμα ένα κράμα με εξαιρετική αντοχή, σκληρότητα και ελαστικότητα συγκριτικά με τα συμβατικά κράματα. Ειδικότερα, η περιεκτικότητα σε νιόβιο βελτιώνει σημαντικά τη μηχανική αντοχή.

Με τον προσεκτικό έλεγχο των αναλογιών των συστατικών μετάλλων, οι ιδιότητες της μεταλλικής σκόνης μπορούν να βελτιστοποιηθούν για διαφορετικές εφαρμογές που απαιτούν υψηλές ιδιότητες αντοχής σε σχέση με το βάρος, αντοχή στη διάβρωση, βιοσυμβατότητα ή υψηλή αντοχή θερμοκρασίας.

Ιδιότητες σκόνης κράματος TiNbZrSn

Η σκόνη TiNbZrSn από κράμα παρουσιάζει τις ακόλουθες εξαιρετικές ιδιότητες:

Ακίνητη περιουσία	Περιγραφή
υψηλή αντοχή	Προσφέρει αντοχή πέραν των 1400 MPa, εφάμιλλη με αυτών των προηγμένων αεροπορικών κραμάτων
Χαμηλή πυκνότητα	Πυκνότητα περίπου 6,5 g/cm3, αρκετά μικρότερη από τον χάλυβα
Εξαιρετική ελαστικότητα	Η τιμή γύρω στα 100 GPa του μέτρου του Young, που εξασφαλίζει και ευελιξία
Υψηλή σκληρότητα	Σκληρότητα Vickers άνω των 450 HV, καλύτερη αντοχή στη φθορά από τον ανοξείδωτο χάλυβα
Καλή αντοχή στη διάβρωση	Αντιστέκεται σε διάβρωση σε σκληρά περιβάλλοντα
βιοσυμβατότητα	Μη τοξικά και κατάλληλα για ιατρικά εμφυτεύματα
Υψηλό σημείο τήξης	Λíωσε πάνω από 2500¡«C, καθιστώντας την κατάλληλη για εφαρμογές υψηλής θερμοκρασίας

Ο συνδυασμός της υψηλής αντοχής, του χαμηλού βάρους, της σκληρότητας και της ελαστικότητας είναι σπάνιος και καθιστά το TiNbZrSn ένα εξαιρετικά ευέλικτο υλικό. Υπερτερεί των συμβατικών κραμάτων όπως ο ανοξείδωτος χάλυβας σε πολλαπλές ιδιότητες.

Παραγωγή κράματος σκόνης TiNbZrSn

Η σκόνη κράματος TiNbZrSn μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας τις παρακάτω προηγμένες μεθόδους:

Μέθοδος	Περιγραφή
Αεριοποίηση	Λιωμένο κράμα που ψεκάζεται σε λεπτές σταγόνες οι οποίες στερεοποιούνται σε σκόνη
Ημέρα Πρωτομαγιάς (PREP)	Το ηλεκτρόδιο περιστρέφεται γρήγορα μέσα στο πλάσμα, για να διαλυθεί σε σκόνη
Υδρίδιο-αφυδρίδιο (HDH)	Το κράμα υδρογονοποιείται, πολτοποιείται μηχανικά σε σκόνη και, στη συνέχεια, απο-υδρογονοποιείται

Η αεριοποίηση επιτρέπει τον έλεγχο της κατανομής μεγέθους σωματιδίων και καταλήγει σε ομαλή σφαιρική σκόνη ιδανική για προσθετική κατασκευή. Οι μέθοδοι PREP και HDH επιτρέπουν οικονομική παραγωγή ακανόνιστης σκόνης κατάλληλης για πρέσα και σύντηξη.

Η σύνθεση του κράματος μπορεί να διατηρηθεί με ακρίβεια σε αυτές τις διεργασίες παραγωγής σκόνης, εξασφαλίζοντας σταθερές ιδιότητες. Οι ατμόσφαιρες αδρανών αερίων υψηλής καθαρότητας αποτρέπουν τη μόλυνση.

Εφαρμογές Σκόνης Κράματος TiNbZrSn

Χάρη στις άριστα ισορροπημένες ιδιότητες υλικού, η πούδρα κράματος TiNbZrSn χρησιμοποιείται στις ακόλουθες εφαρμογές:

Βιομηχανία	Εφαρμογή
Αεροδιαστημική	Συστήματα αεροσκαφών και κινητήρων πυραύλων, συστήματα διαστήματος
Αυτοκινητοβιομηχανία	Ελατήρια βαλβίδας, στοιχεία στερέωσης, ενεργοποιητές
Ιατρική	Εμφυτεύματα, προσθετικά, συσκευές
Αμυνα	Πανοπλία, πυρομαχικά, βαλλιστικά
προσθετική κατασκευή	Τρισδιάστατα εκτυπωμένα μέρη με υψηλή αντοχή
Χημική Επεξεργασία	Ανθεκτικά στη διάβρωση αγγεία, σωληνώσεις

Ο συνδυασμός αντοχής, σκληρότητας και συμβατότητας με τον οργανισμό καθιστά το TiNbZrSn κατάλληλο για επιθέματα που φέρουν φορτίο, όπως τα τεχνητά γόνατα και ισχία. Αντέχει στη διάβρωση, γι' αυτό είναι κατάλληλο για ναυτικές εφαρμογές εκτεθειμένες σε θαλασσινό νερό. Επιπλέον, η αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες το καθιστά ιδανικό για τουρμπίνες και αεριωθούμενους κινητήρες.

Σε σύγκριση με τα συμβατικά κράματα, το TiNbZrSn καθιστά δυνατή την κατασκευή ελαφρύτερων, ανθεκτικότερων και μακράς διάρκειας εξαρτημάτων, γεγονός που του χαρίζει πλεονέκτημα σε απαιτητικούς κλάδους.

Προδιαγραφές σκόνης κράματος TiNbZrSn

Η σκόνη κράματος TiNbZrSn είναι εμπορικά διαθέσιμη στις παρακάτω προδιαγραφές:

Χαρακτηριστικό	Λεπτομέρειες
Μέγεθος σωματιδίων	15-45 μικρά, 45-106 μικρά, 106-250 μικρά
Σχήμα σωματιδίων	Σφαιρικό, ακανόνιστο
Αγνότητα	Μέχρι και 99,9%
Περιεκτικότητα οξυγόνου	Κάτω από 2000 ppm
Βαθμοί πούδρας	Γ' τάξη, 23, 23 ELI
Φόρμα προμήθειας	Χύμα σκόνη, συμπιεσμένα προπλάσματα

Και σφαιρική σκόνη που έχει ατομοποιηθεί με αέριο και άτακτη σκόνη από HDH ή PREP είναι διαθέσιμα. Η μικρότερη σκόνη 15-45 μικρών είναι κατάλληλη για την προσθετική κατασκευή που χρειάζεται καλή ροή και συσκευασία. Η μεγαλύτερη σκόνη 106-250 μικρών συνήθως πιέζεται και συγκαίεται.

Πρότυπα όπως το ASTM F1805 και το ISO 5832 παρέχουν όρια σύνθεσης και απαιτούμενες ιδιότητες για ιατρική σκόνη βαθμού 23 ELI. Μπορούν επίσης να παραχθούν προσαρμοσμένες συνθέσεις κράματος και μεγέθη σωματιδίων, για να ανταποκρίνονται σε απαιτήσεις εφαρμογής.

Προμηθευτές σκόνης κράματος TiNbZrSn

Μερικοί από τους κορυφαίους παγκόσμιοι προμηθευτές σκόνης κράματος TiNbZrSn περιλαμβάνουν:

Προμηθευτής	Τοποθεσία
AMETEK	ΗΠΑ
Κόνις CNPC	Kίνα
GKN Hoeganaes	Ευρώπη
LPW Technology	Ηνωμένο Βασίλειο
Sandvik Osprey	Ηνωμένο Βασίλειο

Καταξιωμένοι προμηθευτές σαν αυτούς έχουν προχωρήσει στις εσωτερικές τους εγκαταστάσεις παραγωγής σκόνης χρησιμοποιώντας διαδικασίες αεριοποίησης ή υδριδίου-αφυδριδίου. Μπορούν να παράσχουν διάφορες κατανομές μεγέθους σωματιδίων και μπορούν να προσαρμόσουν τη σύσταση κράματος όπως χρειάζεται.

Υπάρχουν διαθέσιμες ποσότητες μικρής παρτίδας πρωτοτύπων έως και σε μεγάλους εμπορικούς όγκους. Οι προμηθευτές εφαρμόζουν αυστηρό ποιοτικό έλεγχο και δοκιμές για να διασφαλίσουν ότι η σκόνη πληροί τις προδιαγραφές.

Αμοιβή σκόνης κράματος TiNbZrSn

Ως προηγμένο εξωτικό κράμα, η σκόνη TiNbZrSn αξίζει μια ασφάλεια υψηλού επιπέδου:

Βαθμός σκόνης	Εύρος Τιμών
Τμήμα 5	350€–500€ το κιλό
Α'-Β' τάξη Λυκείου	450-650 δολάρια το κιλό
Βαθμός 23 ELI	550-750 € ανά κιλό

Η τιμολόγηση εξαρτάται από την ποσότητα της παραγγελίας, την κατανομή του μεγέθους των σωματιδίων, το σχήμα και τη σύσταση. Οι μικρότερες ποσότητες λεπτής σφαιρικής σκόνης είναι πιο ακριβές. Η ανώμαλη σκόνη και οι μεγαλύτερες παρτίδες προσφέρουν εξοικονόμηση κόστους.

Η τιμή είναι πολλές φορές υψηλότερη από τα κοινά κράματα όπως η σκόνη ανοξείδωτου χάλυβα 316L. Ωστόσο, οι ανώτερες ιδιότητες δικαιολογούν το υψηλότερο κόστος για κρίσιμες εφαρμογές που χρειάζονται μεγιστοποιημένη απόδοση.

Διαχείριση κονιοποιημένου κράματος TiNbZrSn.

Για να χειριστείτε με ασφάλεια σκόνη κράματος τιτανίου-νιόβιου-ζιρκονίου-κασσίτερου:

• Φυλάξτε τα σφραγισμένα δοχεία σε δροσερό, ξηρό περιβάλλον για να αποτρέψετε την οξείδωση και την ενυδάτωση.
• Αποφεύγεται η διαρροή για την αποτροπή συσσώρευσης σκόνης ως κίνδυνος έκρηξης
• Γειώστε όλο τον εξοπλισμό μετακίνησης σκόνης και τα μεταφορικά σκεύη
• Να φοράτε γάντια και αναπνευστική προστασία όταν χειρίζεστε σκόνη
• Χρησιμοποιήστε μη σπινθηρογόνα εργαλεία και συστήματα κενού με αδρανή αέρια
• Χρησιμοποιήστε εξαερισμό και εξαγωγή καπνού στην πηγή όπου απαιτείται

Η μικρή διάμετρος των σωματιδίων καθιστά την σκόνη TiNbZrSn εύφλεκτη όταν διασκορπίζεται. Είναι απαραίτητη η προσεκτική διαχείριση σύμφωνα με τα πρωτόκολλα ασφαλείας. Συνιστώνται αυτοματοποιημένα συστήματα διαχείρισης και συγκράτησης σε θαλάμους αδρανών αερίων.

Επιθεώρηση σκόνης κράματος TiNbZrSn

Το μείγμα σκόνης TiNbZrSn θα πρέπει να εξετάζεται για:

Παράμετρος	Μέθοδος	Κριτήρια Αποδοχής
Κατανομή μεγέθους σωματιδίων	Διάθλαση λέιζερ, κοσκίνισμα	Ανταποκρίνεται στα καθορισμένα όρια
Σχήμα σωματιδίων	Εικόνιση SEM	Σφαιρικές, λείες επιφάνειες
Χημεία σωματιδίων	EDX/EDS, ICP-OES	Συμμορφώνεται με τη καθορισμένη σύνθεση
Οξυγόνο/Άζωτο	Ανενεργός σύντηξη αερίων	Κάτω από 2000 ppm οξυγόνο
Φαινομενική πυκνότητα	Μετρητής ροής διαδρόμου	Καλύτερη ροή για υψηλότερη πυκνότητα
Ρους	Μετρητής ροής διαδρόμου	Ρέει ελεύθερα μέσω του διαφράγματος

Αυτές οι δοκιμές εξασφαλίζουν ότι η σκόνη πληροί τις προδιαγραφές για μέγεθος, σχήμα, χημεία, καθαριότητα και ροή. Αυτές οι προδιαγραφές είναι απαραίτητες για χρήση σε ΑΜ ή σε συμπίεση και σύντηξη.

Δοκιμές σε σκόνη κράματος TiNbZrSn

Οι ακόλουθες περαιτέρω δοκιμές θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν για τον προσδιορισμό της κατάλληλης χρήσης της σκόνης κραμάτων TiNbZrSn:

Έλεγχος	Μέθοδος	Σκοπός
Συμπιεστότητα	Μονοαξονική πίεση	Αξιολόγηση ανταπόκρισης στη συμπίεση
Πράσινη δύναμη	Εγκάρσια αντοχή σε θραύση	Μέτρηση αντοχής πριν την συγκόλληση
Πυκνότητα μετά από σύντηξη	Διαστασιολόγηση	Διασφαλίστε πλήρη ενοποίηση
Μικροδομή	Οπτική μικροσκοπία, SEM	Αξιολόγηση της τήξης, της πορώτητας, των κόκκων
Σκληρότητα	Δοκιμές Vickers/Rockwell	Επαλήθευση μηχανικών ιδιοτήτων
Αντοχή σε εφελκυσμό	ASTM E8	Μέτρηση UTS, όριο θραύσης, επιμήκυνση

Η δοκιμή συμπιεσμένων και τηγμένων δειγμάτων είναι συνετή για την επιβεβαίωση της κατεργασίας της σκόνης και των τελικών μηχανικών ιδιοτήτων έναντι των απαιτήσεων σχεδιασμού.

Υπέρ και κατά της κράμας σε σκόνη TiNbZrSn

Πλεονεκτήματα	Πλεονεκτήματα
Εξαιρετική αναλογία αντοχής προς βάρος	Ακριβότερα από τα κοινά κράματα
Μεγαλύτερη ελαστικότητα σε σύγκριση με άλλα κράματα υψηλής αντοχής	Χαμηλότερη εφελκυστικότητα σε σχέση με τα κράματα τιτανίου
Εξαιρετική σκληρότητα και αντοχή στη φθορά	Απαιτείται προσεκτικός χειρισμός λόγω δραστικότητας
Αντιστέκεται σε διάβρωση σε σκληρά περιβάλλοντα	Δύσκολη στην κατεργασία σε μηχανή και στον τροχισμό
Βιοσυμβατό για ιατρικές χρήσεις	Περιορισμένοι προμηθευτές και διαθεσιμότητα
Αντέχει σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες	Απαιτεί θερμή ισοστατική πίεση για πλήρη στερεοποίηση

Για κρίσιμες εφαρμογές όπου η απόδοση υπερτερεί του κόστους, η σκόνη κράματος TiNbZrSn παρέχει ιδιότητες απαράμιλλες από άλλα κράματα. Οι κύριοι περιορισμοί είναι το κόστος και η διαθεσιμότητα.

Σύγκριση του TiNbZrSn με άλλα κράματα

Πώς συγκρίνεται το TiNbZrSn με άλλες σκόνες υψηλής απόδοσης κράματος;

Σε σύγκριση με τον ανοξείδωτο χάλυβα:

• Ισχύς 2x υψηλότερη
• Πυκνότητα κατά 70% χαμηλότερη
• Σκληρότητα 5x υψηλότερη
• Καλύτερη αντοχή στη διάβρωση

Vs κράματα τιτανίου:

• 50% μεγαλύτερη ελαστικότητα
• 20% μεγαλύτερη σκληρότητα
• Καλύτερη αντοχή σε ερπυσμό
• Μειωμένη ολκιμότητα

έναντι κραμάτων κοβαλτίου-χρωμίου:

• Χαμηλότερη πυκνότητα
• Κανένα τοξικό αποτέλεσμα
• Υψηλότερη θερμοκρασία υπηρεσιών
• Χαμηλότερη ανθεκτικότητα

Σε σχέση με υπερκράματα με βάση Ni:

• Ευκολότερη επεξεργασία
• Χαμηλότερο κόστος
• Χαμηλότερη ικανότητα θερμοκρασίας
• Χαμηλή αντοχή σε ερπυσμό

Κατά συνέπεια, ο TiNbZrSn παρουσιάζει την ιδανική ισορροπία ιδιοτήτων που δεν βρίσκονται σε άλλα κράματα, καθιστώντας το κατάλληλο για τις πιο απαιτητικές εφαρμογές.

Επισκόπηση των χρήσεων των κονιοποιημάτων κράματος TiNbZrSn

Ακολουθούν ορισμένες βασικές ενδείξεις για την αποτελεσματική χρήση του TiNbZrSn:

• Η σκόνη ψεκασμού αερίου με ελεγχόμενη κατανομή μεγέθους σωματιδίων ρέει και συνδέεται καλύτερα για AM
• Η ακανόνιστη σκόνη απαιτεί υψηλότερες πιέσεις για συμπίεση και αποσίντωση
• Η ζεστή ισοστατική συμπίεση βοηθά στην επίτευξη μέγιστης πυκνότητας και ιδιοτήτων
• Η εφυάλωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσαρμογή της ολκιμότητας και της ανθεκτικότητας κατά τις ανάγκες
• Τα εξαρτήματα κοντά στο καθαρό σχήμα ελαχιστοποιούν την δαπανηρή κατεργασία μηχανημάτων συστατικών με σύντηξη
• Οι επιφανειακές επεξεργασίες βελτιώνουν την αντοχή στη φθορά για εφαρμογές επαφής ολίσθησης
• Η σύνδεση διαφορετικών υλικών με το TiNbZrSn απαιτεί την επιλογή της κατάλληλης διαδικασίας
• Στενές πιστοποιήσεις και δοκιμές προμηθευτών συμβάλλουν στη διασφάλιση ποιότητας και απόδοσης πούδρας

Η κατανόηση των σχέσεων επεξεργασίας-μικροδομής-ιδιοτήτων είναι σημαντική για την αξιοποίηση του πλήρους δυναμικού αυτού του εξαιρετικού κράματος.

Συχνές ερωτήσεις

Εδώ είναι μερικές κοινές Συνήθεις ερωτήσεις σχετικά με τη σκόνη κράματος TiNbZrSn:

Ε: Είναι η σκόνη TiNbZrSn συμβατή με την τρισδιάστατη εκτύπωση;

A: Ναι, το ατομικοποιημένο με αέριο TiNbZrSn με ελεγχόμενο μέγεθος σωματιδίων και υψηλή σφαιρικότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τήξη σε στρωτή σκόνης και διεργασίες AM εναπόθεσης κατευθυνόμενης ενέργειας. Οι παράμετροι πρέπει να βελτιστοποιηθούν για την επίτευξη υψηλής πυκνότητας.

Q: Ποιο μέγεθος σωματιδίου είναι το καλύτερο για προσθετική κατασκευή;

A: Συνιστώνται οι 15-45 μικρομέτρων, εξασφαλίζοντας καλή ροή και συσκευασία σκόνης. Έχουν εκτυπωθεί με επιτυχία και μεγαλύτερα μεγέθη έως και 106 μικρομέτρων για μερικές εφαρμογές που απαιτούσαν παχύτερα στρώματα.

Ε: Απαιτείται θερμή ισοστατική πίεση του TiNbZrSn μετά την ΑΜ;

Α: Η θερμή ισοστατική πίεση βοηθάει στη μεγιστοποίηση της πυκνότητας, την εξάλειψη των εσωτερικών πόρων και τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων. Όμως, για κάποιες λιγότερο απαιτητικές εφαρμογές, τα εκτυπωμένα μέρη από TiNbZrSn μπορεί να ικανοποιούν τις απαιτήσεις χωρίς θερμή ισοστατική πίεση.

ΕΡ: Μπορείτε να επεξεργαστείτε και να αλέσετε κράμα TiNbZrSn;

A: Ναι, αλλά απαιτείται άκαμπτα εργαλεία κοπής, ψυκτικό υγρό σε υψηλή πίεση, κοφτερά εργαλεία καρβιδίου και λεπτά λειαντικά. Οι ταχύτητες και δρομολόγια τροφοδοσίας πρέπει να είναι χαμηλότερα από τα συμβατικά κράματα λόγω της σκληρότητάς του.

Ε: Είναι το TiNbZrSn κατάλληλο για βιοϊατρικά εμφυτεύματα;

Α: Ναι, έχει χρησιμοποιηθεί για ελάσματα οστών, εμφυτεύματα γόνατος και ισχίου χάρη στη βιοσυμβατότητά του, τη χαμηλή του ελαστικότητα και την υψηλή αντοχή που είναι ιδανικές για συσκευές αντοχής φορτίων. Η σκόνη βαθμού 23 ELI παρέχει την απαραίτητη καθαρότητα.

Ε: Ποιες είναι οι τυπικές εφαρμογές του κράματος TiNbZrSn;

Α: Οι ελικοφορούμενα αεροδιαστημικής τεχνολογίας όπως ο ελικοφορούμενος προσγείωσης, τα αυτοκινητιστικά ελατήρια και τα συνδετικά στοιχεία, τα βιοϊατρικά εμφυτεύματα, οι θωρακισμένες πλάκες, οι στρόβιλοι παραγωγής ενέργειας και τα εργαλεία για χύτευση και σφράγιση φύλλων μετάλλου.

Συμπέρασμα

Συνολικά, η κονιοποιημένη κράμα TiNbZrSn προσφέρει εξαιρετική αντοχή μαζί με χαμηλή πυκνότητα, ελαστικότητα και σκληρότητα σε αντίθεση με άλλες συμβατικές ή προηγμένες κράμα. Παρόλο που τα κόστη είναι υψηλότερα, πολλές σημαντικές εφαρμογές απόδοσης δικαιολογούν την δαπάνη όταν οι βέλτιστες ιδιότητες των υλικών είναι υψίστης σημασίας. Με την αυξημένη διαθεσιμότητα και τις συνεχείς καινοτομίες, οι μοναδικές δυνατότητες του TiNbZrSn θα αξιοποιηθούν σε περισσότερες βιομηχανίες τα επόμενα χρόνια.