Bubuk Ti3Al: Komposisi, Sifat, Aplikasi, dan Lainnya

Beberapa sifat dan karakteristik utama dari bubuk Ti3Al meliputi:

• Kekuatan tinggi pada suhu yang tinggi hingga 750¡«C
• Massa jenis sekitar setengah dari superalloy nikel
• Ketahanan korosi yang luar biasa
• Densitas rendah jika dibandingkan dengan paduan titanium lainnya
• Ketahanan terhadap oksidasi hingga sekitar 700¡«C
• Ketahanan aus
• biokompatibilitas

Namun, Ti3Al juga memiliki keterbatasan seperti kelenturan temperatur ruangan yang buruk, ketahanan fraktur yang rendah, dan pengelasan yang buruk. Pemrosesan dan penambahan paduan yang tepat diperlukan untuk mengoptimalkan keseimbangan sifat untuk berbagai aplikasi.

Artikel ini memberikan gambaran umum rinci tentang komposisi, sifat, aplikasi, pemasok, biaya, dan metode pengujian serta detail teknis lainnya yang berhubungan dengan bubuk Ti3Al.

Komposisi Serbuk Ti3Al

Serbuk Ti3Al mempunyai komposisi nominal 75% titanium dan 25% aluminium menurut berat. Campuran intermetalik aluminida titanium terbentuk antara 50-75% aluminium, dengan Ti3Al menjadi versi yang paling umum.

Komposisi pastinya dapat bervariasi bergantung pada metode produksi. Unsur logam lain seperti Nb, Mo, Si, B, Ta, W, C, dan O sering ditambahkan dalam jumlah kecil untuk meningkatkan sifat-sifat tertentu. Tabel di bawah ini menunjukkan kisaran komposisi yang umum:

unsur	Berat %
Titanium (Ti)	69 – 76%
Aluminium (Al)	24 – 31%
Niobium (Nb)	0 – 6%
Molibdenum (Mo)	0 – 4%
Silikon (Si)	0 – 2%
Boron (B)	0 – 0.5%
Tantalum (Ta)	0 – 5%
Tungsten (W)	0 – 5%
Karbon (C)	0 – 0.1%
Oksigen (O)	0 – 0.2%

Mengontrol kandungan oksigen dan karbon sangat penting untuk menghindari kerapuhan dan mempertahankan keuletan. Unsur jejak lainnya mungkin juga ada tergantung pada bahan baku dan prosesnya.

Sifat Bubuk Ti3Al

Sifat unik batang bubuk Ti3Al berasal dari struktur kristal intermetalik teraturnya yang terdiri dari atom titanium dan aluminium. Beberapa sifat pentingnya meliputi:

Kekuatan temperatur tinggi

Ti3Al mempertahankan kekuatan yang relatif tinggi hingga 750¡«C, jauh lebih baik dibandingkan titanium atau aluminium saja. Hal ini membuatnya cocok untuk aplikasi suhu tinggi pada mesin, turbin, katup, dll. Tabel berikut membandingkan kekuatan Ti3Al dengan paduan titanium lainnya pada suhu yang berbeda:

Aloi	Kekuatan (MPa) pada suhu ruangan	Kekuatan pada 500¡«C (MPa)	Densitas (g/cm3)
Ti3Al	400	260	3.9
Ti6Al4V	900	500	4.5
Ti64	900	400	4.5

Kepadatan Rendah

Dengan kepadatan sekitar 3,7 - 4,1 g/cm3, Ti3Al lebih ringan daripada superalloy nikel dan sebagian besar paduan titanium lainnya. Ini membantu mengurangi berat komponen yang sangat penting dalam aplikasi dirgantara.

Ketahanan oksidasi

Ti3Al memberikan ketahanan oksidasi yang baik hingga 700¡«C di udara, lebih baik daripada titanium tidak paduan. Hal ini memungkinkannya beroperasi pada suhu tinggi tanpa kehilangan material yang berlebihan.

Tahanan terhadap korosi

Kandungan titanium memberikan Ti3Al ketahanan korosi yang sangat baik untuk berbagai asam, alkali, dan lingkungan garam. Ini membuatnya berguna dalam peralatan pengolahan kimia.

Ketahanan aus

Ti3Al memiliki ketahanan abrasi dan erosi yang baik dibandingkan dengan baja, membuatnya cocok untuk aplikasi keausan tinggi seperti katup, pompa, dan alat pres ekstrusi.

Bagaimanapun, Ti3Al juga menderita kelemahan seperti:

• Duktilitas temperatur kamar yang buruk dan keuletan patah
• Sulit untuk difabrikasi dan untuk dipahat
• Pengelasan yang kurang baik karena rentan terhadap keretakan

Agar keseimbangan sifat yang diinginkan aplikasi dapat tercapai, diperlukan pemrosesan yang tepat dan tambahan paduan.

Aplikasi Bubuk Ti3Al

Sifat unik dari bubuk Ti3Al membuatnya cocok untuk aplikasi berikut:

Aeroangkasa

Industri aeroangkasa merupakan konsumen terbesar produk Ti3Al dikarenakan kebutuhan mengurangi berat, daya tahan suhu tinggi, dan ketahanan oksidasi. Berikut ini adalah beberapa penerapan yang umum:

• Bilah turbin, baling-baling, cakram
• ruang bakar, Afterburner
• Rangka pesawat, komponen struktur
• Pemipaan hidraulik, katup

Otomotif

Industri otomotif menggunakan Ti3Al untuk komponen turbocharger, katup, per, pengencang, dan komponen sistem pembuangan yang memerlukan kekuatan suhu tinggi dan bobot yang lebih rendah.

Pemrosesan kimia

Ti3Al digunakan untuk komponen seperti katup, pompa, fitting pipa, wadah reaksi yang memerlukan ketahanan korosi yang dikombinasikan dengan sifat mekanik suhu tinggi.

Biomedikal

Biokompatibilitas, ketahanan korosi, dan kekuatan Ti3Al membuatnya cocok untuk implan ortopedi seperti sendi panggul buatan.

Pemanfaatan lainnya meliputi katup berkinerja tinggi, Dies ekstrusi, elemen pemanas, dan peralatan olahraga. Ti3Al juga digunakan sebagai bubuk manufaktur aditif.

Spesifikasi Ti3Al Powder

Serbuk Ti3Al tersedia dalam berbagai rentang ukuran, morfologi, dan tingkat kemurnian tergantung pada proses produksi. Spesifikasi utamanya adalah sebagai berikut:

Spesifikasi	Perincian
Ukuran partikel	15 – 150 mikron
Morfologi	Spherical, angular, mixed
Kepadatan Semu	2- 3,5 g/cm3
Kepadatan Ketuk	3 - 4,5 g/cm3
Kemurnian	¡Ô99%, ¡Ô99,9%
Kandungan Oksigen	P 0,2 wt%
Kandungan Nitrogen	¨P 0,05 wt%
Kandungan karbon	¨P 0,08 berat %
Kandungan Besi	¨P 0,30 wt%
Kandungan nikel	¨P 0.10 wt%
Paket standar	5 kg, 10 kg, 25 kg

Ukuran partikel yang lebih halus umumnya memberikan aliran yang lebih baik, densitas pengepakan, dan reaktivitas. Morfologi bulat juga meningkatkan aliran bubuk. Kemurnian yang lebih tinggi mengurangi kontaminan dan meningkatkan sifat.

Produksi Bubuk Ti3Al

Ada beberapa metode yang digunakan untuk menghasilkan bubuk Ti3Al termasuk:

• Atomize Gas?- Paduan Ti-Al cair diatmisasi dengan gas inert menjadi butiran halus yang membeku menjadi serbuk. Ini menghasilkan partikel bulat dengan kemampuan alir yang baik.
• Mechanical Alloying- Bubuk unsur Ti dan Al digiling bola untuk mensintesis senyawa intermetalik secara mekanis. Partikel bubuk memiliki bentuk yang tidak beraturan.
• Spheroidisasi Plasma?- Bubuk Ti3Al tidak beraturan dari logam paduan mekanik dilebur ulang dalam plasma untuk menghasilkan bubuk bulat.
• Teknik Elektroda Induksi Pelelehan dan Penyemprotan Gas (EIGA)?- Langsung melelehkan dan mengatomisasi elektroda Ti3Al untuk menghasilkan bubuk.

Pengatomisasian gas dan pemrosesan plasma memungkinkan kontrol yang lebih baik terhadap distribusi ukuran partikel, morfologi, pengambilan oksigen, dan struktur mikro. Bubuk biasanya harus diayak menjadi fraksi ukuran tertentu setelah produksi berdasarkan persyaratan aplikasi.

Harga Bubuk Ti3Al

Harga bubuk Ti3Al jauh lebih mahal dibanding harga bubuk titanium atau aluminium saja. Biaya bervariasi antara:

• $100 – $500 per kg untuk bubuk gas atom yang kemurniannya 99%
• $50 - $250 per kg untuk 99% bubuk paduan mekanis
• $300 - $1000 per kg untuk bubuk bulat plasma 99,9%

Harga bergantung pada ukuran partikel, morfologi, tingkat kemurnian, jumlah pesanan, dan produsen. Paduan khusus dengan komposisi khusus dapat jauh lebih mahal. Biaya berkurang karena volume produksi yang meningkat dan perbaikan proses.

Pemasok Bubuk Ti3Al

Beberapa penyedia serbuk Ti3Al global utama meliputi:

Perusahaan	Lokasi
AP&C	Kanada
TLS Technik GmbH	Jerman
Teknologi Logam	Inggris
Bubuk Logam ATI	Amerika Serikat
Carpenter Aditif	Amerika Serikat
Met3DP	Cina
Tekna	Kanada

Di Tiongkok juga ada beberapa produsen. Dianjurkan untuk membeli serbuk dari produsen resmi yang menggunakan proses produksi berkualitas agar kualitas dan sifat yang dapat dipercaya terjamin.

Ti3Al dibandingkan dengan Alternatif

Ti3Al bersaing dengan beberapa alternatif untuk aplikasi struktural suhu tinggi:

Tabel: Perbandingan Ti3Al versus paduan suhu tinggi lainnya

Aloi	Kepadatan	Suhu Maksimum	Kekuatan	Duktilitas	Ketahanan oksidasi	Biaya
Ti3Al	Rendah	Sangat tinggi	Tinggi	Rendah	Baik	Tinggi
Inconel 718	Tinggi	Tinggi	Sedang	Sedang	Baik	Sedang
Haynes 230	Tinggi	Sangat tinggi	Tinggi	Rendah	Luar biasa	Sangat tinggi
Ti6Al4V	Sedang	Sedang	Sedang	Sedang	Luar biasa	Sedang
Baja nirkarat feritik	Sedang	Sedang	Rendah	Tinggi	Kurang	Rendah

Untuk temperatur servis maksimum, Ti3al dan super paduan berbasis nikel seperti Haynes 230 lebih superior. Tetapi, kerapatan dan ongkos Ti3Al yang lebih rendah memberikan keuntungan untuk aplikasi yang mengutamakan berat, seperti kedirgantaraan.

Daktilitas suhu bilik Ti3Al yang kurang elok masih menjadi batasan utama dibandingkan keluli dan Ti6Al4V. Pembangunan aloi dan proses terus meningkatkan kebolehmesinan dan fabrikasi.

Kelebihan Bubuk Ti3Al

Manfaat utama penggunaan serbuk Ti3Al mencakup:

• Kekuatan tinggi dipertahankan pada 800¡«C
• Kepadatan 40% lebih rendah dari paduan super nikel
• Creep tahan lama yang luar biasa
• Kinerja oksidasi dan ketahanan terhadap korosi yang baik
• Penggantian logam tahan api tanpa risiko material strategis
• Pembuatan bentuk mendekati-bersih dengan metalurgi serbuk
• Komponen dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi
• Pengurangan berat pada komponen yang berputar seperti bilah turbin
• Meningkatkan efisien melalui parameter operasional yang lebih tinggi

Keseimbangan unik sifat-sifat mekanis, kepadatan rendah, serta stabilitas termal menjadikan Ti3Al sebagai bahan penyempurna untuk sistem kedirgantaraan, otomotif, dan pembangkit listrik generasi selanjutnya.

Batasan Serbuk Ti3Al

Terlepas dari kelebihannya, Ti3Al juga memiliki beberapa kekurangan:

• Mudah pecah pada suhu ruangan, keuletan membaik di atas 500¡«C
• Pengerjaan dan pemesinan itu menantang
• Kehilangan properti cepat di bawah 400¡«C
• Biaya bahan baku dan pengolahan sangat tinggi
• Rantai pasokan terbatas dengan beberapa produser
• Rancangan komponen memerlukan keahlian teknik khusus
• Tidak mudah dilas atau digabungkan dengan teknik konvensional
• Sulit didaur ulang dan dipakai kembali

Hambatan manufaktur dan biaya telah memperlambat adopsi komersial luas Ti3Al hingga saat ini. Namun, kapabilitasnya terus mendorong upaya pengembangan untuk mengatasi keterbatasan ini melalui peningkatan kimia paduan, kualitas serbuk, dan desain komponen.

Prospek untuk Bubuk Ti3Al

Ti3Al diproyeksikan akan digunakan lebih luas di sektor kedirgantaraan, otomotif, turbin gas industri, dan pembangkit listrik karena:

• Permintaan yang meningkat untuk efisiensi bahan bakar mesin jet dan emisi yang lebih rendah
• Bahan suhu tinggi yang dibutuhkan untuk turbocharger listrik
• Pasar yang berkembang untuk teknologi manufaktur aditif
• Fokus pada penggantian bahan strategis untuk logam tanah jarang dan logam tahan api
• Pengurangan biaya melalui peningkatan produktivitas manufaktur

Pasar otomotif dan industri lebih responsif terhadap harga dan membutuhkan keunggulan biaya-kinerja yang dibuktikan dibandingkan dengan logam paduan yang sudah ada. Sektor kedirgantaraan lebih bersedia membayar mahal untuk kinerja yang optimal.

Inisiatif pemerintah di AS, UE dan Jepang mempercepat R&D pada produksi bubuk Ti3Al, fabrikasi komponen, metode penyambungan, dan pengembangan paduan. Ini akan memperluas ruang aplikasi dan mendorong tingkat adopsi yang lebih tinggi.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

T: Q: Kegunaan bubuk Ti3Al?

A: Ti3Al powder digunakan untuk memproduksi komponen bersuhu tinggi seperti bilah turbin, roda turbocharger, penukar panas, dan bagian lain yang beroperasi dari 500-800¡«C. Ini menyediakan keseimbangan yang sangat baik dengan kekuatan tinggi, kepadatan rendah, dan ketahanan oksidasi yang baik.

T: Cara pembuatan serbuk Ti3Al bagaimana?

A: Metode produksi umum termasuk atomisasi gas, atomisasi plasma, elektroda induksi mencair atomisasi gas (EIGA) dan paduan mekanis. Setiap proses menghasilkan karakteristik serbuk yang berbeda yang sesuai untuk aplikasi spesifik.

T: Bubuk Ti3Al lebih baik daripada Inconel 718?

A: Ti3Al memiliki kepadatan yang lebih rendah, sehingga memberikan penghematan berat dibandingkan Inconel 718. Ini memiliki kekuatan yang lebih tinggi pada suhu di atas 700 °C. Namun, daktilitas Ti3Al pada suhu kamar sangat rendah sementara Inconel 718 dapat difabrikasi dan dijadikan mesin dengan mudah.

T:Kos logam Ti3Al bubuk?

A: Harganya bubuk Ti3Al sekitar $450-750 per kg, yang hampir lima kali lipat lebih mahal dari paduan super nikel dan sepuluh kali lipat lebih banyak dari bubuk titanium atau aluminium. Biaya yang tinggi ini karena cara pengolahan yang kompleks dan permintaan pasar yang terbatas.

T: Cara penanganan dan penyimpanan bubuk Ti3Al seperti apa?

A: Mirip dengan serbuk logam reaktif lainnya, Ti3Al memerlukan pengisian gas dan penyimpanan yang bebas dari lembab. Hanya wadah keramik, kaca atau stainless yang boleh digunakan. Tindakan pencegahan keselamatan termasuk pembumian, ventilasi dan APD pernapasan.

T: Apa saja tantangan dalam menggunakan bubuk Ti3Al?

A: Batasan utama adalah kurangnya daktilitas suhu ruangan, biaya material yang tinggi, jumlah penyedia yang terbatas, kesulitan dalam pemesinan/fabrikasi, serta kurangnya teknologi penggabungan. Peningkatan paduan, pengembangan proses, dan pengoptimalan komponen desain diperlukan untuk memperluas penggunaan secara komersial.

T: Apakah prospek masa depan untuk bubuk Ti3Al?

A: Prakiraan penggunaan bubuk Ti3Al mengalami peningkatan yang signifikan dalam mesin kedirgantaraan, turbocharger otomotif, dan aplikasi industri bersuhu tinggi. Inisiatif untuk menurunkan biaya, meningkatkan sifat, dan memperlancar manufaktur akan memungkinkan adopsi yang lebih luas.