Serbuk Paduan TiNb

Pendahuluan tentang bubuk paduan TiNb

Serbuk paduan TiNb terdiri dari titanium dan Niobium logam. Ia menawarkan kombinasi unik kekuatan tinggi, densitas rendah, biokompatibilitas, ketahanan korosi, kelelahan dan ketahanan merayap pada suhu tinggi.

Paduan TiNb adalah bagian dari kelompok bahan intermetalik titanium yang lebih luas yang memiliki sifat fisik, kimia, dan mekanik yang unggul dibandingkan dengan titanium murni. Penambahan niobium sebagai elemen paduan meningkatkan sifat-sifat tertentu dan memungkinkan penyesuaian paduan TiNb untuk aplikasi tertentu.

Beberapa kelebihan utama bubuk aloi TiNb mencakup:

• Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi
• Kapasitas menahan suhu dan tekanan yang ekstrem
• Tahan keausan, lecet dan korosi di lingkungan yang keras
• Biokompatibel dan tidak beracun bagi penggunaan medis
• Dapat diproses menjadi bentuk yang kompleks menggunakan manufaktur aditif
• Memberikan fleksibilitas desain bagi para insinyur

Aloi TiNb bersaing dengan superpaduan berbasis nikel dan kobalt dalam industri kedirgantaraan. Paduan ini juga menawarkan alternatif untuk baja nirkarat untuk implan dan perangkat biomedis. Paduan TiNb memungkinkan aplikasi dan desain baru yang tidak mungkin dilakukan dengan bahan lain.

Artikel ini menyediakan referensi teknis yang mencakup komposisi, properti, proses, aplikasi, spesifikasi, biaya, dan aspek praktis lainnya dari bubuk TiNb.

Komposisi Bubuk TiNb Alloy

Paduan TiNb terutama mengandung titanium dan niobium sebagai elemen penyusun utamanya. Kandungan niobium biasanya berkisar antara 10% hingga 50% dari beratnya, serta sisanya adalah titanium.

Rasio Ti terhadap Nb dapat disesuaikan untuk membuat kelas yang berbeda dari paduan TiNb yang dioptimalkan untuk sifat tertentu. Beberapa nilai TiNb umum meliputi:

• Ti-10Nb – 10% niobium, 90% titanium
• Ti-35Nb – 35% niobium, 65% titanium
• Ti-45Nb — 45% niobium, 55% titanium
• Ti-50Nb – 50% niobium, 50% titanium

Selain itu, sejumlah kecil unsur-unsur lain seperti zirkonium, tantalum, molibdenum, kromium dapat ditambahkan untuk semakin menyempurnakan sifat-sifatnya. Oksigen dan nitrogen juga hadir sebagai pengotor.

Tabel 1: Komposisi kimia tingkat paduan TiNb umum

Nilai Standar Paduan	Kandungan Niobium	Kandungan Titanium
Ti-10 Nb	10%	90%
Ti-35Nb	35%	65%
Ti-45Nb	45%	55%
Ti-50Nb	50%	50%

Mengontrol komposisi adalah penting untuk mencapai sifat yang diinginkan dalam produk akhir paduan TiNb. Teknik metalurgi serbuk memungkinkan pencampuran logam penyusun secara tepat ke dalam bahan baku serbuk paduan.

Sifat Serbuk Paduan TiNb

Aloi TiNb memperlihatkan sejumlah sifat fisik, mekanik, dan kimia yang berguna, yang pas untuk berbagai aplikasi kinerja tinggi. Beberapa sifat penting meliputi:

Properti fisika

• Kepadatan - 4,5 hingga 5,5 g/cm3, lebih rendah dari paduan baja dan nikel
• Titik lebur – 1550 hingga 1750¡«C bergantung pada komposisi
• Resistivitas Elektrik – 0.5 hingga 0.6 ×´Î.m, lebih tinggi dari titanium murni
• Konduktivitas termal – 6 hingga 22 W/m.K, lebih rendah dari titanium

Sifat Mekanis

• Kekuatan tarik - 500 hingga 1100 MPa, meninggi dengan kandungan niobium
• Kuat luluh - 300 hingga 900 MPa
• Pemanjangan - 10% hingga 25%
• Kekerasan - 200 hingga 350 HV
• Kekuatan kelelahan - 400 hingga 600 Mpa

Sifat-sifat Lainnya

• Ketahanan korosi - Unggul karena lapisan oksida yang protektif
• Ketahanan aus - Lebih baik dari titanium karena kekerasan
• Biokompatibilitas – Tidak beracun dan tidak alergi

Dengan menyesuaikan rasio Ti/Nb, properti seperti kekuatan, keuletan, kekerasan, dan modulus elastisitas dapat dioptimalkan sesuai kebutuhan aplikasi.

Tabel 2: Sifat umum dari Ti-35Nb paduan

Property	Nilai
Kepadatan	5,2 g/cm3
Titik Leleh	1600-an
Kekuatan Tarik	650 MPa
Kekuatan mulur	550 MPa
Pemanjangan	15%
Modulus Elastisitas	60 GPa
Kekerasan	250 HV

Aplikasi Bubuk Paduan TiNb

Sifat unik paduan TiNb membuat paduan ini cocok digunakan untuk aplikasi yang menuntut pada berbagai industri:

Aeroangkasa

• Komponen mesin - bilah, cakram, pengikat
• Komponen rangka pesawat – roda pendarat, sayap, badan pesawat
• Sistem hidraulik – pompa, katup, aktuator

Otomotif

• Spring katup, katup mesin
• Batang penghubung, rotor turbocharger
• Komponen Balapan Motor

Biomedikal

• Implan Orthopedi - lutut, pinggul
• Implan gigi, mahkota
• Alat bedah
• Peranti Medis

Industri Kimia

• Penukar panas, reaktor
• Pam, injap, pipa
• Peralatan yang tahan korosi

Aplikasi Lain

• Alat-alat olahraga – stik golf, bingkai sepeda
• Jam dan perhiasan mahal
• Kontak dan Konektor Listrik
• Bagian tungku bersuhu tinggi

Kombinasi kekuatan, ketahanan terhadap suhu, ketahanan terhadap korosi dan biokompatibilitas memungkinkan paduan TiNb menggantikan bahan yang lebih berat di berbagai industri ini.

Tabel 3: Aplikasi paduan TiNb menurut industri

Industri	APLIKASI
Aeroangkasa	Komponen mesin, komponen rangka pesawat, sistem hidrolik
Otomotif	Per pegas katup, katup mesin, batang penghubung
Biomedikal	Implan, instrumen bedah gigi, perangkat
Kimia	Penukar panas, reaktor, pompa, katup
Penerjemah dan Penyempurna, Terjemahkan teks berikut ke dalam bahasa Indonesia: Lain-lain	Barang olahraga, arloji, kontak listrik, suku cadang tungku

Proses Bubuk Paduan TiNb

Serbuk paduan TiNb boleh dihasilkan melalui berbagai rute pemrosesan:

Pengadukan Bubuk Logam

• bubuk titanium dan niobium unsur dicampur bersama-sama dalam komposisi yang dibutuhkan
• Campuran serbuk campuran secara mekanik dicampur untuk membentuk serbuk campuran TiNb

Atomize Gas

• paduan TiNb cair diatomisasi dengan gas inert menjadi tetesan-tetesan halus
• tetes padat menjadi partikel serbuk logam bulat

Proses elektroda plasma berputar (PREP)

• Elektrod batang TiNb dilebur menggunakan busur plasma dan diputar dengan kecepatan yang tinggi
• Kekuatan sentrifugal menyebabkan butiran cairan lepas dan memadat menjadi partikel

Metode Hidrida-Dehidrida (HDH)

• Logam Ti dan Nb diubah menjadi serbuk hidrida yang rapuh
• bubuk hidrida dicampur, dehidrasi, dihancurkan, dan diayak

Ukuran partikel, morfologi, flowability dan mikrostruktur serbuk dapat dikontrol dengan memilih proses pembuatan yang tepat. Hal ini mempengaruhi sifat akhir setelah konsolidasi.

Tabel 4: Metode produksi serbuk paduan TiNb

Metode	Deskripsi	Ukuran partikel	Morfologi
Mechanical Alloying	Pencampuran dan penggilingan serbuk Ti dan Nb	10 – 50 mikron	Tidak teratur, bersudut
Atomize Gas	Pengatomisasian gas lengai daripada logam aloi lebur	15 – 150 mikron	Bola
Elektrode plasma berputar	Pemisahan sentrifugal elektroda yang dicairkan	50 - 150 mikron	Bola
Proses HDH	Hidroding, dehidriding, pemadatan serbuk campuran	10 – 63 mikron	Tidak teratur, bersudut

Konsolidasi Serbuk Paduan TiNb

Serbuk paduan TiNb dapat diubah menjadi komponen dengan kepadatan penuh menggunakan berbagai teknik konsolidasi metalurgi serbuk:

Perss hidrostatik isotermal (HIP)

• bubuk terbungkus dikenakan HIP pada suhu dan tekanan tinggi

Pembuatan Sintering Vakum

• bubuk dipadatkan dan disinter dalam tanur vakum

Pembuatan sinter plasma loncatan

• bedak dipanaskan dan dikompres secara bersamaan oleh arus DC berdenyut

Pencetakan Injeksi Logam (MIM)

• Bubuk tersebut dicampur dengan pengikat, dicetak, dihilangkan pengikatnya dan disinter

pembuatan aditif

• powder bed fusion (SLM, EBM) atau directed energy deposition (DED)

HIP dan penyinteran vakum dapat mencapai kepadatan mendekati penuh dan mempertahankan mikrostruktur yang bagus. Manufaktur tambahan menawarkan kebebasan geometris yang lebih besar. Proses konsolidasi dapat dioptimalkan untuk mendapatkan sifat yang diinginkan.

Tabel 5: Teknik konsolidasi serbuk paduan TiNb

Metode	Deskripsi	Kepadatan	Struktur mikro	Geometri
HIP	Tekanan tinggi, suhu tinggi	Hampir penuh	Bagus	Bentuk yang sederhana
Pembuatan Sintering Vakum	Sintering dalam tungku vakum	Hampir penuh	Bagus	Bentuk yang sederhana
Pembuatan sinter plasma loncatan	Arus dan tekanan berdenyut	Kepadatan penuh	Ultrafine	Bentuk yang sederhana
Pencetakan Injeksi Logam	Pencetakan bubuk + pengikat	Hampir penuh	Ultrafine	Bentuk yang kompleks
pembuatan aditif	Fusi bubuk atau pengendapan energi terarah	Hampir penuh	Kasar	Bentuk yang kompleks

Spesifikasi Bubuk Paduan TiNb

Bubuk logam TiNb tersedia dalam berbagai spesifikasi yang disesuaikan untuk berbagai penggunaan:

Komposisi: Kelas dengan kandungan niobium 10% sampai 50%

Besaran partikel: 10 hingga 150 mikron

Morfologi: Bulat, tidak beraturan atau campuran

Metode Produksi: Gas atomized, HDH, campuran unsur

Kemurnian: 99,5% titanium, >99,8% niobium

Kandungan Oksigen: <2000 ppm

Kemampuan Alir: Laju alir hall > 23 detik/50g

Kepadatan Tampak: Kekuatan 2,5 g/cc

Kepadatan Tekan: ¡Ô 3,5 g/cc

Komposisi kimia, sebaran ukuran partikel, morfologi, laju alir, dan kerapatan adalah sifat yang umumnya dispesifikasikan. Paduan khusus dan spesifikasi bubuk dapat diproduksi untuk aplikasi spesifik.

Tabel 6: Spesifikasi umum bubuk atom gas Ti-35Nb

Parameter	Spesifikasi
Komposisi aloi	Ti-35Nb
Ukuran partikel	15 hingga 45 mikron
Morfologi	Bola
Cara produksi	Atomize Gas
Kemurnian	Ti >99,5%, Nb >99,8%
Kandungan Oksigen	<1500 ppm
Laju alir	38 detik/50 gram
Kepadatan Semu	¡Ô 2,7 g/cc
Kepadatan Ketuk	Berat jenis 4,2 g/cm³

Pemasok Bubuk Paduan TiNb

Beberapa pemasok global terkemuka serbuk paduan titanium niobium meliputi:

• AP&C – serbuk logam campuran titanium dan niobium
• Atlantic Equipment Engineers - Bubuk bulat dan sudut
• TLS Technik - TiNb paduan gasisasi
• Teknologi Logam – bubuk unsur dan pra paduan campuran
• Sandvik Osprey – serbuk bundar atomisasi gas
• Carpenter Additive – disesuaikan alloy bubuk

Alloy TiNb juga ditawarkan oleh pemasok logam titanium dan niobium. Baik alloy standar dan komposisi kustom dapat bersumber dari produsen bubuk ini.

Tabel 7: Pemasok serbuk paduan TiNb

Perusahaan	Bahan	Metode Produksi
AP&C	Paduan Ti, Nb, TiNb	Atomize Gas
Atlantic Equipment Engineers	Paduan Ti, Nb, TiNb	pengatoman gas, pencampuran
TLS Teknik	Aloi TiNb	Atomize Gas
Teknologi Logam	Aloi TiNb	Pencampuran unsur, paduan sebelumnya
Sandvik Osprey	Aloi TiNb	Atomize Gas
Carpenter Aditif	Aloi TiNb Khusus	Atomize Gas

Harga bubuk paduan TiNb

Bubuk paduan TiNb lebih mahal dibanding bubuk titanium atau niobium saja. Biaya tergantung pada:

• Komposisi – Kandungan Nb yang lebih tinggi meningkatkan biaya
• Kemurnian – kataikan meningkat untuk kemurnian lebih tinggi
• Ukuran dan penyebaran partikel
• Metode produksi – biaya bubuk gas atom lebih tinggi
• Jumlah pesanan - volume yang lebih besar memiliki harga yang lebih rendah

Harga indikatif untuk bubuk aloi TiNb dalam jumlah kecil:

• Ti-10Nb: $100 hingga $300 per kg
• Ti-35Nb: $200 hingga $500 per kg
• Ti-50Nb: $300 hingga $800 per kg

Harga akan berkurang secara signifikan untuk pesanan massal dalam jumlah ratusan kilo atau bahkan beberapa ton.

Tabel 8: Harga indikatif serbuk paduan TiNb

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

Penanganan dan Penyimpanan Serbuk TiNb Alloy

Sebagai serbuk logam reaktif, dibutuhkan beberapa perawatan saat menangani serbuk paduan TiNb:

• Simpan dalam wadah tertutup dengan suasana kering yang tidak aktif guna mencegah oksidasi dan kontaminasi.
• Hindari sentuhan dengan oksigen, uap air, minyak, bahan yang mudah terbakar
• Mencegah penumpukan bubuk halus pada permukaan atau peralatan
• Dasarkan semua peralatan konduktif yang digunakan dalam pengalangan
• Gunakan peralatan tahan api dan minimalkan debu
• Pakai sarung tangan dan pelindung pernafasan ketika menggunakan
• Gunakan sistem ventilasi yang menyentuh tanah dan hindari debu yang berterbangan
• Jauhkan dari panas, api, bunga api, dan sumber penyalaan lainnya
• Ikuti lembar data keselamatan untuk APD dan tindakan pencegahan yang tepat

Jika disimpan dengan baik di atmosfer kering dan lembam, serbuk paduan TiNb memiliki masa simpan tipikal 12 bulan. Kondisi penyimpanan yang tidak tepat dapat menyebabkan oksidasi, kehilangan sifat alir, atau bahaya penyalaan.

Tabel 9: Pedoman penanganan bubuk paduan TiNb

Parameter	Garis Besar
Penyimpanan	Wadah tertutup, atmosfer kering lembam
Atmosfir	Hindari oksigen, kelembaban, minyak, benda mudah terbakar
Peralatan	Hubungkan ke ground semua peralatan konduktif
Perkakas	Gunakan alat-alat yang tidak memercikkan api
Ventilasi	Sistem ventilasi landasan
APD	Sarung tangan, pelindung pernafasan
Tindakan Pencegahan	Jauhkan dari suhu tinggi, api, percikan
jangka waktu efektif	12 bulan dalam atmosfer lembam

Lembar Data Keselamatan untuk Bubuk Paduan TiNb

Seperti bubuk logam reaktif lainnya, beberapa tindakan pengaman penting untuk TiNb alloy:

• Pakai APD - sarung tangan, pelindung mata, dan masker/respirator
• Hindari menghirup serbuk – gunakan pelindung pernapasan
• Hindari kontak mata dan kulit
• Cucilah dengan bersih setelah menyentuh bubuk
• Jauhkan dari sumber api, bubuk bisa jadi mudah terbakar
• Gunakan pentanahan dan ventilasi yang baik
• Atmosfer penyimpanan inert untuk mencegah oksidasi
• Hindari tumpahan dan pengumpulan debu pada permukaan
• Ikuti petunjuk pada SDS dan label peringatan

Pertolongan Pertama:

• Penyedotan: Pindah ke udara bersih. Dapatkan pertolongan medis jika diperlukan.
• Kontak kulit: Bersihkan dengan sabun dan air. Minta tolong jika iritasi masih berlanjut.
• Kontak mata: Bilas mata dengan air selama 15 menit. Cari pertolongan medis.
• Pencernaan: Minum air. Dapatkan bantuan medis jika terjadi tidak nyaman.

Selalu merujuk pada SDS dari pemasok guna memperoleh informasi lengkap terkait kesehatan dan keselamatan sebelum menangani dan mengolah bubuk paduan TiNb.

Tabel 10: Tindakan keselamatan kunci untuk serbuk paduan TiNb

Barang Keselamatan	Tindakan Pencegahan
APD	Sarung tangan, kacamata, masker N95
Penghirupan	Gunakan perlindungan pernapasan
Kontak kulit	Cuci bagian yang terkena dengan sabun dan air
Hubungan mata	Bilas mata dengan air selama 15 menit
Konsumsi	Minum air putih. Dapatkan pertolongan medis jika diperlukan.
Ventilasi	Gunakan tudung udara yang terbumikan
Membumi	Semua peralatan harus di ground selama penanganan
Pengapian	Jauhkan dari percikan api, nyala api, sumber panas
Penyimpanan	Atmosfer lembam jauh dari bahan mudah terbakar

Pemeriksaan Kualitas Bubuk TiNb Alloy

Untuk memastikan serbuk logam TiNb memenuhi spesifikasi, perlu dilakukan beberapa pemeriksaan kualitas:

• Analisa kimia?- Analisis ICP, GDMS atau LECO untuk verifikasi komposisi dan kemurnian
• Analisis ukuran partikel- Difraksi laser atau analisis saringan untuk distribusi ukuran
• Morfologi- pencitraan SEM untuk memeriksa bentuk partikel dan topologi permukaan
• Laju alir- Uji flow meter aula untuk aliran bubuk
• Kepadatan?- Pengukuran kerapatan semu dan kerapatan tap
• Oksigen/Nitrogen?- Analisis fusi gas inert untuk pengotoran interstisi
• Identifikasi fase- Analisis XRD untuk menentukan fasa yang ada

Properti bubuk diuji pada setiap bets untuk standar kualitas seperti ASTM B939, ASTM F3049, EN 10204 3.1. Bubuk dapat dicampur antarlot untuk mencapai keseragaman.

Tabel 11: Metode pengujian untuk serbuk paduan TiNb

Uji	Metode	Bertugas sebagai penerjemah dan penyempurna, Terjemah teks berikut ke ID: Standar
Komposisi	ICP, GDMS, LECO	ASTM E1479, ASTM E2330
Pembagian Ukuran Partikel	Difraksi laser, pengayakan	ASTM B822
Morfologi	Pencitraan SEM	ASTM B822
Laju alir	Hall flow meter	ASTM B213
Kepadatan	Penguji volume Scott	ASTM B212
Oksigen/Nitrogen	Gabungan gas lengai	ASTM E1019
Analisis fase	Difraksi sinar-X	ASTM E1876

Aplikasi Medis Paduan TiNb

Disebabkan oleh biokompatibilitas mereka, kekuatan tingkat tinggi dan modulus rendah, TiNb alloys banyak digunakan dalam implan dan perkakas medis:

Implan ortopedik

• Penggantian lutut dan pinggul
• Plat besi, skrup
• Peranti fiksasi tulang belakang
• Implan dan jembatan gigi

Aloi TiNb seperti Ti-35Nb dan Ti-45Nb memenuhi modulus elastis tulang manusia dengan menyediakan kekuatan fatigue yang tinggi. Hal ini mengurangi perisai stress dibanding aloi titanium yang lebih kaku.

Perangkat kardiovaskular

• Stent
• Kotak alat pacu jantung
• Panduan
• Alat bedah

Ketahanan korosi, tidak beracun dan tidak magnetis pada paduan TiNb menjadikannya sesuai untuk perangkat yang kontak dengan darah dan jaringan.

Tingkatan TiNb Alloy untuk Penggunaan Medis

• Ti-10Nb hingga Ti-50Nb
• Ti-Nb-Zr, Ti-Nb-Ta untuk penyesuaian sifat
• Standard ISO 5832-11 dan ASTM F2066

Modulus rendah Ti-35Nb dan Ti-45Nb biasa digunakan. Nb yang lebih besar akan menguatkan tetapi meningkatkan modulus. Penambahan Zr/Ta kecil selanjutnya akan menyesuaikan sifat-sifatnya.

Keunggulan Paduan TiNb untuk Penggunaan Biomedis

• Biokompatibilitas dan osteointegrasi yang sangat baik
• Kekuatan dan ketahanan lelah tinggi
• Modulus rendah dekat dengan tulang
• Tidak beracun, tidak alergi
• Tahan korosi
• Tidak magnetis

TiNb paduan menghasilkan kombinasi kekuatan, keserasian, ketahanan terhadap karat dan modulus elastik terbaik untuk implan.

Tantangan Komponen Medis Paduan TiNb

• Pengerjaan mesin dan fabrikasi yang sukar
• Lebih mahal dari paduan Ti-6Al-4V.
• Memerlukan pengawasan kualitas dan pengujian yang teliti
• Data klinis jangka panjang masih berkembang

Karena masih relatif baru untuk penggunaan medis, pembuatan dan perizinan komponen TiNb dapat lebih kompleks. Tetapi manfaatnya lebih besar dibandingkan tantangan jangka pendek.

Kegunaan TiNb Alloy dalam Otomotif

Kekuatan tinggi, tahan panas, dan masa pakai TiNb menjadikan aloi ini menarik untuk komponen otomotif:

Pegas Katup

• Kekuatan yang lebih tinggi memungkinkan massa pegas yang lebih rendah
• Mengurangi timbulnya katup pada RPM tinggi
• Memungkinkan keluaran daya yang lebih tinggi

Katup Mesin

• Tahahan gas buang bersuhu tinggi
• Tahan terhadap aus dan deformasi
• Ringan

Batang Penghubung

• Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi
• Mengurangi massa bolak-balik
• Memungkinkan RPM dan daya yang lebih tinggi

Rotor Turbocharger

• Mempertahankan kekuatan pada suhu tinggi
• Tahan terhadap deformasi creep
• Tahanan terkejut termal
• Kepadatan Rendah

Komponen Balapan Motor

• Suspensi ringan, bagian sasis
• Ketahanan lelah tinggi

Massa dan inersia yang berkurang dikombinasikan dengan temperatur dan ketahanan terhadap kelelahan menghasilkan kinerja mesin dan efisiensi yang lebih tinggi.

Tantangan Paduan TiNb untuk Otomotif

• Biaya tinggi dibandingkan paduan baja
• Kesulitan memproses dengan metalurgi serbuk
• Pemasok terbatas dan pengalaman manufaktur
• Rasio biaya-manfaat yang tidak pasti

Manfaatnya mungkin membenarkan harga premium untuk kendaraan mewah dan olahraga motor pada awalnya. Adopsi yang lebih luas bergantung pada produsen bubuk TiNb yang menurunkan biaya.

Penggunaan Paduan TiNb di Bidang Kedirgantaraan

Paduan TiNb bersaing dengan paduan super nikel untuk aplikasi mesin pesawat dan badan pesawat yang membutuhkan kekuatan pada suhu rendah:

Komponen Mesin

• Baling-baling turbin, piringan, selubung
• Bilah kompresor
• Poros, pengikat
• Pembbalik gaya dorong

Bagian Struktural

• Roda pendarat
• Sayap, tulang rusuk, penyangga
• Kerangka badan pesawat
• Saluran hidraulik

Manfaat

• Kepadatan lebih rendah 30-50% dari super paduan Ni
• Menghemat bobot
• Kekuatan dan ketahanan merayap serupa
• Tahan terhadap tekanan dan suhu yang tinggi

Tanjngan