Polvere TiAl3

La polvere di TiAl3 è un composto intermetallico formato da titanio e alluminio. È leggera, resistente all'ossidazione e può resistere ad alte temperature. Ciò la rende adatta all'uso in applicazioni aerospaziali, automobilistiche, energetiche e altre ad alte prestazioni.

Alcune proprietà e caratteristiche fondamentali della polvere di TiAl3:

Proprietà e caratteristiche di TiAl3 in polvere

Formula chimica	TiAl3
Densità	3,4 g/cm3
Punto di fusione	1395¡«C
Modulo di Young	170 GPa
Coefficiente di espansione termica	11 x 10-6 K-1
Conduttività termica	29 W/m-K
Resistività elettrica	125 Ã per cm²
Resistenza all'ossidazione	Eccellente fino a 1000¡«C

La polvere di TiAl3 può essere prodotta mediante vari metodi inclusi l'atomizzazione del gas, il processo dell'elettrodo rotante al plasma (PREP) e la lega meccanica. La dimensione delle particelle, la morfologia, la composizione, la microstruttura e altre proprietà dipendono dal metodo di produzione.

Il contenuto di titanio è solitamente compreso tra il 55 e il 65% in peso e l'alluminio costituisce il resto. Possono essere presenti piccole quantità di cromo, niobio, carbonio o ossigeno fino a un massimo dell'1%. Il rapporto Ti:Al può essere regolato per ottimizzare le proprietà.

Proprietà della polvere TiAl3

Proprietà	Valore
Densità	3,7-4,0 g/cm3
Punto di fusione	1350 a.C.
Conduttività termica	~20 W/m-K
Resistività elettrica	125-185 × 20-cm
Modulo di Young	160-180 GPa
Rapporto di Poisson	0.25-0.35
Coefficiente di espansione termica	11-13 x 10-6?µC

Le proprietà chiave comprendono la bassa densità rispetto alle leghe di titanio, l'elevato punto di fusione, la moderata conduttività termica e il mantenimento di resistenza e rigidità alle alte temperature.

Caratteristiche delle polveri di TiAl3

Attributo	Dettagli
Forma delle particelle	Sferico prevalente
Dimensione particellare	10 – 150 µm
Flussibilita	Bene
Densità apparente	~2,5 g/cm3
Densità del materiale compattato	~3,5 g/cm3
Area superficiale	0,1-0,3 m2/g
Purezza	>99,5%

La polvere di TiAl3 ha morfologia sferica con superficie liscia, buona fluidità e caratteristiche di compattazione. Ha un basso contenuto di ossigeno e azoto per evitare l'indebolimento.

Applicazioni della polvere di TiAl3

Alcune delle più importanti applicazioni che sfruttano le proprietà di TiAl3 includono:

Applicazioni della polvere di TiAl3 nella fabbricazione additiva

• La polvere di TiAl3 viene utilizzata nei processi di fusione del letto di polvere come la fusione laser selettiva (SLM) e la fusione del fascio di elettroni (EBM) per fabbricare componenti complessi in alluminuro di titanio per il settore aerospaziale e automobilistico.
• Ha una reattività inferiore e una maggiore facilità di stampabilità rispetto a Ti6Al4V in polvere per la produzione additiva. I componenti in TiAl3 hanno una microstruttura fine e proprietà meccaniche paragonabili alle leghe forgiate e fuse.
• AM con TiAl3 consente progetti più leggeri, conteggio di parti ridotto e consolidamento di assemblaggi per pale di turbina, ruote turbo, componenti di scarico, ecc.

Applicazioni della polvere di TiAl3 nella spruzzatura termica

• I rivestimenti con spruzzo termico di polvere di TiAl3 forniscono resistenza all'ossidazione e alla corrosione alle alte temperature su pale di turbine, palette, contenitori di combustione, ecc.
• Ha una capacità di temperatura migliore rispetto alle leghe di nichel e ai rivestimenti in titanio. I rivestimenti in TiAl3 possono funzionare a 700-900¡«C.
• I rivestimenti vengono applicati mediante spruzzatura al plasma, ad alta velocità ossi-combustibile (HVOF) o processi di spruzzatura a caldo. Lo spessore tipico del rivestimento è di 150-500 micron.

Applicazioni della polvere di TiAl3 nel rivestimento laser

• La polvere di TiAl3 può essere rivestita tramite laser su substrati in lega di titanio o nichel, in modo da formare uno strato superficiale protettivo in lega.
• Lo strato di rivestimento conferisce una migliore resistenza alle alte temperature, all'ossidazione e all'usura.
• La saldatura laser viene utilizzata su componenti di motori a reazione e turbine terrestri esposti a corrosione a caldo.

Specifiche sulla polvere di TiAl3

La polvere TiAl3 è disponibile in numerosi gradi standard conformi a specifiche come:

Composizioni di TiAl3 in Polvere

Grado	Ti wt%	Percentuale in peso	Altro
Ti-45Al-3Nb	45%	Equilibrio	3% Nb
Ti-55Al	55%	Equilibrio	–
Ti-62Al	62%	Equilibrio	–

Le composizioni comuni sono basate sul contenuto di titanio quali Ti-45Al, Ti-55Al o Ti-62Al che rappresentano la percentuale in peso di titanio. Possono essere presenti piccole quantità di cromo o niobio.

Distribuzione delle dimensioni delle particelle della polvere TiAl3

Dimensione particellare	Distribuzione
-150 +45 ×m	5% massimo
-45 +22 ôm	40-60%
-22 µm	Equilibrio

Le dimensioni tipiche di distribuzione per i processi AM sono intorno ai 22-45 Ã×m con particelle fini inferiori a 22 Ã×m. Le dimensioni maggiori fino a 150 Ã×m vengono utilizzate per la spruzzatura termica.

Standard di polvere di TiAl3

• ASTM B821 - Norma per la preparazione di polveri e compresse di lega refrattaria mediante tecniche al plasma
• AMS 4982 – Materiale di consumo in polvere, aluminidi di titanio, atomizzati al plasma
• AMS 7008 - Lega di Titanio Alluminuro in Polvere per Rivestimenti mediante Spruzzatura Termica

La produzione in polvere, il campionamento, il collaudo e l'accettazione seguono gli standard industriali per le leghe refrattarie e gli aluminuri di titanio.

La polvere di TiAl3 presenta alcuni vantaggi e svantaggi rispetto ad altre polveri comunemente utilizzate:

Confronto tra polvere TiAl3 e altre polveri

Parametro	TiAl3	Ti6Al4V	AlSi10Mg
Densità	Inferiore	Più alto	Inferiore
Resistenza ad alta temperatura	Più alto	Inferiore	Di gran lunga inferiore
Resistenza all'ossidazione	Eccellente	Moderato	Scarso
Conduttività termica	Più alto	Inferiore	Più alto
Costi	Più alto	Inferiore	Inferiore
Fabbricabile	Più difficile	Più semplice	Più semplice
APPLICAZIONI	Aerospaziale, automotive	Aerospaziale, biomedicale	Automotive generale

• La lega TiAl3 ha una resistenza maggiore delle leghe di titanio come Ti6Al4V a temperature superiori a 600¡«C
• Offre una migliore resistenza alla ossidazione rispetto a titanio e leghe di alluminio
• Più costoso delle leghe di titanio a causa dell'elevato contenuto di alluminio
• Non altrettanto facilmente lavorabile o deformabile come le leghe di titanio a temperatura ambiente
• Adatto per applicazioni strutturali ad alta temperatura

Comprendendo dove il TiAl3 supera o rende meno rispetto ad altri sistemi in lega, è possibile identificare le applicazioni ideali per sfruttare i suoi vantaggi.

Fornitori in polvere TiAl3

La polvere di TiAl3 è disponibile in commercio da diversi fornitori a livello globale. Alcuni dei principali produttori sono:

Produttori di polvere TiAl3

Azienda	Gradi prodotto	Ubicazione
AMETEK	TiAl3-100A, TiAl3-500	USA
AP&C	TiAl3-230, TiAl3-360	Canada
Sandvik	Polvere TiAl3 Osprey	Svezia
Tecnologia TLS	TiAl3-100A	Germania
Praxair	TiAl3-100A	USA

Prezzo della polvere TiAl3

Grado	Dimensione particellare	Fascia di prezzo
TiAl3-100A	15-45 μm	450$-550$/kg
TiAl3-230	45-180 µm	350-$450/Kg
TiAl3-500	10-45 pm	500–600 $ /kg

I prezzi dipendono dal volume di acquisto, dai livelli di purezza, dalla distribuzione delle dimensioni delle particelle e dalla morfologia. Sono possibili anche composizioni di leghe personalizzate, ma sono più costose.

FAQ

D: Quali metodi si possono utilizzare per produrre la polvere di TiAl3?

A: I principali metodi di produzione sono polverizzazione a gas, processo con elettrodo rotante al plasma e miscelazione meccanica. Ogni metodo si traduce nelle diverse caratteristiche della polvere adatta per diverse applicazioni.

D: TiAl3 è compatibile con le leghe di titanio?

A: Il TiAl3 ha una solubilità allo stato solido molto limitata in leghe di titanio come Ti6Al4V. Non è consigliabile miscelare polvere di TiAl3 con polvere di lega di titanio a causa della formazione di fasi intermetalliche fragili.

D: Quali elementi di lega possono essere aggiunti al TiAl3?

A: Elementi come Nb, Cr, Ni, Cu sono stati legati con TiAl3 per modificare la microstruttura e le proprietà meccaniche. Tuttavia, una lega eccessiva può avere un impatto negativo sulla resistenza all'ossidazione.

D: Qual è la differenza tra polvere di TiAl3 PREP e atomizzata a gas?

A: la polvere PREP presenta fini particelle sferiche ideali per la fabbricazione additiva mentre la polvere atomizzata tramite gas presenta particelle leggermente più grossolane, con un maggiore rapporto costi-efficacia, adatte per pressatura e sinterizzazione.

D: Quali precauzioni dovrebbero essere prese in considerazione quando si maneggia la polvere di TiAl3?

A: La polvere di TiAl3 è infiammabile e soggetta a ossidazione. Occorre indossare i DPI adeguati e la movimentazione deve avvenire in atmosfera inerte per evitare la contaminazione. L'esposizione all'ossigeno e all'umidità degrada la qualità della polvere.

Conclusione

Riassumendo, il TiAl3 è un importante materiale intermetallico ad alta temperatura disponibile in polvere per varie applicazioni. Le sue proprietà come bassa densità, resistenza e resistenza all'ossidazione ad alte temperature lo rendono adatto all'industria aerospaziale, automobilistica e dell'energia. La corretta manipolazione, conservazione e test della polvere sono fondamentali per ottenere le proprietà finali della parte. Il TiAl3 offre vantaggi rispetto alle leghe di titanio convenzionali per i casi d'uso strutturali ad alta temperatura, nonostante alcune limitazioni nella lavorabilità e nella duttilità a temperatura ambiente. La ricerca in corso mira a migliorare ulteriormente il materiale tramite aggiunte di leghe e innovative tecniche di lavorazione.