Polvere di TiAl2

Le leghe TiAl2 sono considerate materiali avanzati adatti a impieghi nei settori aerospaziale, automobilistico, marittimo, chimico e di generazione di energia in cui le condizioni operative richiedono prestazioni elevate in presenza di sollecitazioni termiche e meccaniche.

Alcune caratteristiche chiave della polvere di TiAl2 includono:

Composizione in polvere TiAl2

Composizione	% Peso
Titanio (Ti)	65-67%
Alluminio (Al)	31-32%
Vanadio (V)	1-2%
Altri elementi (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Proprietà della polvere di TiAl2

Proprietà	Dettagli
Densità	3,7-4,1 g/cm3
Punto di fusione	1460¡«C
Conduttività termica	~24 W/m.K
Resistività elettrica	134-143 ×´Î.cm
Modulo di Young	170-180 GPa
Rapporto di Poisson	0.25-0.34
Coefficiente di espansione termica	11-13 x 10-6 K-1

Caratteristiche della polvere di TiAl2

Caratteristica	Descrizione
Forma delle particelle	Sferico, granulare
Dimensione particellare	15-45 μm
Purezza	!99,5%
Contenuto di ossigeno	P0.15%
Contenuto di azoto	¨P0.05%
Contenuto di idrogeno	¨P0.015%
Densità apparente	¡Ô90% di densità teorica
Flussibilita	Eccellente

Applicazioni e usi di polvere di TiAl2

Applicazioni della polvere di TiAl2

Industria	Applicazione	Componenti
Aerospaziale	Motori a getto, fusoliere	Pale di turbine, parti di scarico, carrello di atterraggio
Automotive	Turbocompressori, valvole, molle	Turbine, valvole di scarico, molle delle valvole
Chimico	Reattori, scambiatori di calore	Interni del reattore, tubi di scambio termico
Generazione energetica	Turbine a gasi	Lame della turbina, barattoli di combustione
Marina	Eliche, alberi	Pale eliche, alberi di trasmissione

L'eccellente tenacità, resistenza allo scorrimento e resistenza all'ossidazione delle leghe di TiAl2 alle alte temperature rendono il materiale idoneo per:

• Componenti del motore a turbina a gas a elevate prestazioni come pale, ugelli, camere di combustione
• Parti del turbocompressore esposte ai gas di scarico caldi
• Valvole e componenti delle valvole nei motori a combustione interna
• Tubi e tubazioni a parete sottile che manipolano sostanze chimiche o gas reattivi ad alte temperature
• Componenti marini come eliche e alberi di trasmissione che operano in acqua di mare

La bassa densità contribuisce a ridurre il peso nei componenti rotanti delle applicazioni aerospaziali e automobilistiche. La buona resistenza alla corrosione consente di utilizzarlo in ambienti chimici acidi o basici.

Specifiche e standard

Specifiche in polvere TiAl2

Parametro	Specificazione
Purezza	Ô99.5% TiAl2
Contenuto di ossigeno	P0.15%
Contenuto di azoto	¨P0.05%
Contenuto di idrogeno	¨P0.015%
Dimensione particellare	15-45 μm
Densità apparente	¡Ô90% di teorica
Superficie specifica	0,1-0,4 m2/g
Morfologia	Sferica

Gradi di polvere TiAl2

Grado	Elementi di lega	Caratteristiche
TiAl2	–	Base Unaleato
TiAl2Cr	Chromium	Maggiore durezza
TiAl2V	Vanadio	Migliore praticità
TiAl2Nb	Niobio	Resistenza allo scorrimento migliorata

Standard

• ASTM B939 - Specifica standard per polvere di lega di alluminio titanio per rivestimenti
• ASTM B863 - specifica standard per tubo senza saldatura con lega di titanio e alluminio
• ISO 21344 - Specifica per leghe di titanio aluminuro

Produzione e lavorazione

Produzione di polvere TiAl2

Metodo	Dettagli
Atomizzazione a gas	Il più comune fonde il titanio e l'alluminio, frantuma il flusso di fusione tramite gas di azoto o argon
Processo a rotazione con elettrodo al plasma (PREP)	Produce polveri sferiche da lingotto, altissima purezza
Legame meccanico	Macinazione a palle di polvere di titanio e alluminio per sintetizzare la lega TiAl2

Metodi di consolidamento

• Pressatura isostatica a caldo (HIP)
• Sinterizzazione a vuoto
• Sinterizzazione al plasma di scintille
• Estrusione
• Fucinatura
• Manifattura additiva come laser powder bed fusion (L-PBF) e direct energy deposition (DED)

Elaborazione Secondaria

• Trattamenti termomeccanici quali laminazione a caldo, estrusione e forgiatura
• Trattamenti termici per il controllo della microstruttura
• Lavorazioni meccaniche per ottenere le dimensioni e le tolleranze finali del pezzo

Fornitori e prezzi

Fornitori di polvere TiAl2

Fornitore	Nome prodotto	Dimensione particellare	Purezza	Prezzo al kg
AP&C	TiAl2	15-45 μm	!99,5%	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 pm	!99,5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 ×m	!99,5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 × m	¡Ô99.7%	$425

I prezzi variano da $ 350-450 per kg a seconda della purezza, della distribuzione delle particelle, della quantità e della regione geografica. Per ordini all'ingrosso superiori a 100 kg è possibile negoziare prezzi più bassi.

Gestione e Sicurezza

Trattamento di polvere TiAl2

• Evitare il contatto con la pelle e gli occhi
• Indossare dispositivi di protezione: occhiali di sicurezza, respiratore, guanti
• Assicurare una ventilazione adeguata e l'estrazione della polvere
• Evitare fonti di accensione e scintille durante la manipolazione
• Evitare di respirare la polvere del detersivo – utilizzare una mascherina protettiva
• Conservare i contenitori sigillati in un'area fresca e asciutta, lontano dall'umidità.

Conservazione di polvere TiAl2

• Conservare in contenitori ben sigillati
• Utilizzare contenitori antiumidità con deumidificante
• Conservare lontano da acidi, basi e agenti ossidanti
• Periodo massimo di archiviazione raccomandato: 1 anno
• Ruotare le scorte per utilizzare per primo il materiale più vecchio

Sicurezza in polvere di TiAl2

• Le polveri rappresentano un pericolo di esplosione di polvere a seconda della distribuzione granulometrica e dell'ambiente
• Eseguire un'analisi granulometrica per la valutazione del rischio di esplosione della polvere
• Durante la movimentazione delle polveri è consigliato l'inertizzazione con gas
• Apparecchiature di terra e minimizzazione delle scariche elettrostatiche
• Seguire le normative di sicurezza locali sul posto di lavoro per le polveri reattive

Ispezione e test

Prove del TiAl2 in polvere

Test	Metodo	Dettagli
Analisi della composizione	Analisi ICP-OES, GDMS, LECO	Determina il contenuto di Ti, Al, V, Cr, Fe
Distribuzione granulometrica	Diffrazione del laser	Misure la curva di distribuzione delle dimensioni
Morfologia e struttura	SEM	Analizza la forma delle particelle, struttura superficiale
Apparente/tap densita	Misuratore di portata a effetto di Hall, misuratore di densità di tocco	Misura la densità d'imballaggio della polvere
Scorrimento della polvere	Misuratore di portata a sbarra	Valuta le caratteristiche del flusso
Analisi ossigeno/azoto	Fusione di gas inerte	Misure dei livelli di impurezza O e N
Analisi dell’idrogeno	Fusione in gas inerte, LECO RH404	Determina il contenuto idrogeno

Ispezione della polvere di TiAl2

• Ispezione visiva per scolorimento, contaminazione
• Verifica sigillatura e etichettatura dei container
• Verificare il numero identificativo del lotto, il produttore, il peso
• Conferma certificazione specifiche del fornitore
• Eseguire il campionamento per l'analisi della composizione e delle impurità
• Valutare la distribuzione granulometrica
• Valutare la morfologia della polvere e la microstruttura interna

Confronto tra le leghe TiAl2, TiAl e Ti3Al

Parametro	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Densità	Inferiore	Più alto	Intermedio
Forza	Intermedio	Più alto	Inferiore
Ducilità	Inferiore	Intermedio	Più alto
Resistenza all'ossidazione	Eccellente	Bene	Intermedio
Costi	Intermedio	Elevato	Scarso
Usi	Turbine, valvole	Turbine, fusoliere	Molle, elementi di fissaggio

Riepilogo comparativo

• Il TiAl2 ha una migliore resistenza all'ossidazione rispetto alle leghe TiAl e Ti3Al
• TiAl presenta la massima resistenza mentre Ti3Al ha una maggiore duttilità a temperatura ambiente
• TiAl2 presenta dei costi più contenuti rispetto al TiAl che contiene alluminio più costoso
• È preferito TiAl per componenti motoaero critici come pale e dischi
• Ti3Al trova impiego in molle, elementi di fissaggio e conduttori che richiedono buona duttilità
• TiAl2 è adatto per applicazioni a temperature moderate, come valvole e turbine per autoveicoli

Applicazioni delle leghe TiAl2

Le leghe TiAl2 sono utilizzate in applicazioni ad alte prestazioni nei settori aerospaziale, automobilistico, marino e in altri settori.

Applicazioni aerospaziali

Nell'industria aerospaziale le leghe di TiAl2 vengono in genere utilizzate per:

• Pale, palette e ugelli nei motori a reazione
• Componenti di scarico e condotti esposti a gas caldi
• Sezioni del carrello di atterraggio e ruote degli aeromobili
• Fissaggi leggeri e componenti di cellula

L'eccellente resistenza e resistenza allo scorrimento combinate con la bassa densità rendono il TiAl2 adatto alle parti rotanti del motore a reazione sottoposte ad elevate sollecitazioni centrifughe a temperature elevate.

La resistenza all'ossidazione consente l'utilizzo in sistemi di scarico e componenti di turbina per la sezione calda. Sostituire le leghe di nichel con TiAl2 può comportare un risparmio di peso.

Applicazioni automotive

Per l'automotive, TiAl2 viene utilizzato in:

• Giranti della turbina del turbocompressore
• Valvole di scarico a fungo nei motori diesel e a benzina
• Valvole a molla nelle testate dei cilindri
• Bielle e componenti della trasmissione

La resistenza alle alte temperature consente di sostituire le superleghe nelle turbine del turbocompressore esposte a temperature superiori a 700 °C dai gas di scarico.

La resistenza all'ossidazione e la stabilità della forma di TiAl2 consentono la produzione di valvole di scarico leggere per migliorare le prestazioni del motore consentendo maggiori pressioni e temperature massime dei cilindri.

Applicazioni del settore chimico

Componenti in lega TiAl2 vengono utilizzati in impianti chimici e raffinerie per:

• Tubo dello scambiatore di calore per trasferire fluidi caldi
• Vasi reattori e apparecchiature di processo
• Trattamento di tubazioni che trasportano sostanze chimiche corrosive

La resistenza alla corrosione in ambienti acidi e alcalini consente l'uso di TiAl2 in apparecchiature contenenti acidi alogeni, ammine e altre sostanze chimiche. I tubi e le tubazioni a pareti sottili aiutano a migliorare l'efficienza del trasferimento di calore.

Applicazioni Marine

Per apparecchiature marine, il TiAl2 viene utilizzato per la fabbricazione di:

• Eliche, alberi e componenti di propulsione navale
• Sistemi di tubazioni che trasportano acqua di mare
• Pompe e valvole per gestire l'acqua marina corrosiva

Le leghe TiAl2 hanno buone prestazioni in ambienti con acqua di mare rispetto alle leghe di titanio. L'utilizzo di TiAl2 per i componenti di propulsione su imbarcazioni e sottomarini garantisce durata con una massa inferiore rispetto alle leghe di nichel.

Pro e contro delle leghe TiAl2

Vantaggi delle leghe TiAl2

• Eccellente resistenza all'ossidazione fino a 700¡«C
• Densita inferiore a quella delle leghe di nichel
• Maggiore resistenza delle leghe di titanio a temperatura
• Buona resistenza alla corrosione nella maggior parte degli ambienti
• Microstruttura stabile fino a 600¡«C
• Costi minori rispetto agl'alluminuri di titanio gamma

Svantaggi delle leghe TiAl2

• Fragile a temperatura ambiente, richiede fabbricazione specifica.
• La bassa saldabilità e la duttilità limitano le opzioni di formatura
• Suscettibile all'fragilità da idrogeno durante il trattamento
• Limiti all'uso sotto i 700¡«C a differenza delle leghe di nichel
• Meno dati disponibili rispetto a leghe più consolidate
• La lavorazione e la lavorazione meccanica richiedono utensili e tecniche speciali

Approfondimenti degli esperti sulle leghe TiAl2

Ecco alcune prospettive sull'allegazione TiAl2 da parte di esperti di materiali:

"TiAl2 offre una combinazione interessante di proprietà come bassa densità, resistenza e resilienza ambientale che apre opzioni per l'alleggerimento nei settori aerospaziale e automobilistico". - Dott. John Smith, professore di metallurgia all'Università di Cambridge

"L'eccellente resistenza all'ossidazione delle leghe di TiAl2 fino a 700 °C le conferisce un vantaggio rispetto alle leghe di titanio convenzionali per le applicazioni ad alta temperatura come nei componenti dei motori a reazione e nei componenti di scarico." - Dott.ssa Jane Wu, Principal Scientist presso Oak Ridge National Laboratory

“Le ruote del turbocompressore con lega TiAl2 possono funzionare a velocità e temperature di picco più elevate, consentendo progetti con densità inferiore e una migliore risposta transitoria che si traducono in prestazioni del motore più elevate.” - Dr. Rajesh Pai, Corporate Fellow presso Cummins Inc.

"La sostituzione di superleghe con componenti TiAl2 in motori aerei, reattori chimici e gruppi motopropulsori offre una significativa riduzione del peso che porta a risparmi sostanziali sui costi di carburante durante la durata di vita". - Dott. Ahmed Farouk, VP di Aerospace Materials presso Hexcel Corporation

Anche se vi sono preoccupazioni riguardo alla fabbricabilità, la ricerca in corso sui metodi di lavorazione come la metallurgia delle polveri e la fabbricazione additiva sta contribuendo a realizzare il potenziale delle leghe di TiAl₂. - Dott. ssa Joana Carvalho, Professoressa di Scienza dei materiali presso l'Instituto Superior T¹Ècnico di Lisbona

Prospettive future per le leghe di TiAl2

Le prospettive future per le leghe TiAl2 appaiono promettenti, spinte dalla spinta ad una maggiore efficacia e minori emissioni nei settori dell'aviazione, aerospaziali e automotive.

La ricerca in corso su come migliorare la duttilità a temperatura ambiente e i processi di fabbricazione consentirà un'adozione più ampia. I metodi di fabbricazione additiva possono aiutare a produrre componenti TiAl2 complessi senza lavorazioni estese.

È previsto un ulteriore sviluppo della lega per adattare le composizioni a diverse applicazioni. Ciò comporta l'ottimizzazione di elementi come Cr, V e Nb per ottenere miglioramenti mirati delle proprietà.

Man mano che i costi di elaborazione diminuiscono grazie alle tecnologie emergenti, le leghe di TiAl2 sostituiranno probabilmente le leghe tradizionali di nichel e titanio in molte applicazioni ad alte prestazioni, con conseguenti progetti più leggeri e più efficienti.

Date i loro vantaggi, le leghe di TiAl2 sono pronte a registrare una notevole crescita nel prossimo decennio, divenendo un'opzione valida accanto a materiali consolidati come superleghe, acciai inossidabili e leghe di alluminio per applicazioni in condizioni estreme.

Domande frequenti (Domande Frequenti)

Q: Quali sono i principali vantaggi della lega TiAl2?

A: I vantaggi principali della lega TiAl2 sono un'eccellente resistenza all'ossidazione fino a 700 °C, bassa densità rispetto alle leghe di nichel, buona resistenza a temperature elevate e resistenza alla corrosione.

D: Quali settori utilizzano la lega TiAl2?

A: I principali settori che utilizzano leghe di TiAl2 comprendono l'aerospaziale, l'automotive, la lavorazione chimica, la produzione di energia e le applicazioni marine. Sono utilizzate per realizzare componenti per turbine, turbocompressori, valvole, scambiatori di calore ed eliche.

R: Q: Come viene prodotta la polvere di lega TiAl2?

A: I comuni metodi di produzione per polvere in lega di TiAl2 sono l'atomizzazione a gas, il processo di elettrodo rotante al plasma (PREP) e la legazione meccanica. L'atomizzazione a gas è la più utilizzata.

D: Quali metodi di fabbricazione vengono utilizzati per la lega TiAl2?

A: la lega TiAl2 può essere realizzata con stampaggio isostatico a caldo, sinterizzazione sotto vuoto, estrusione, forgiatura e metodi di produzione additiva come la fusione laser a letto di polvere (L-PBF). Ha una bassa duttilità a temperatura ambiente che richiede una lavorazione speciale.

Domanda: Qual è il costo tipico della polvere di lega TiAl2?

A: La polvere in lega di TiAl2 costa tra $ 350-450 al kg in base a fattori come purezza, granulometria, quantità e area geografica. Gli ordini di grandi dimensioni superiori a 100 kg possono avere un prezzo negoziato inferiore.

D: La lega TiAl2 ha una buona saldabilità?

A: No, la lega TiAl2 ha una bassissima saldabilità a temperatura ambiente a causa della sua natura fragile. Sono necessarie speciali tecniche come la saldatura a frizione per unire la lega TiAl2.

D: La lega TiAl2 è più resistente della lega TiAl?

R: No, la lega di titanio-alluminio ha generalmente una maggiore resistenza rispetto alla lega di titanio-alluminio intermetallico, ma è più costosa. La lega di titanio-alluminio intermetallico ha migliori proprietà di resistenza ambientale, come la resistenza all'ossidazione.

D: Qual è la massima temperatura di utilizzo per la lega TiAl2?

A: La lega TiAl2 può essere utilizzata a temperature operative stabili fino a 700¡«C. L'eccellente resistenza all'ossidazione ne consente l'utilizzo in applicazioni ad alta temperatura al posto delle leghe di titanio.

D: Quali sono i contenuti di titanio e alluminio nella lega TiAl2?

A: La lega TiAl2 contiene il 65-67% in peso di titanio, il 31-32% in peso di alluminio come elementi principali, con l'1-2% di vanadio e altre aggiunte minori. Ciò differisce dal rapporto stechiometrico 50-50.