チタンアルミニド

TiAl2合金は、運用条件が熱的および機械的ストレス下で高い性能を必要とする、航空宇宙、自動車、海洋、化学、発電産業での応用に適した先進材料とみなされています。

TiAl2 パウダーの主な特性を以下に示します。

TiAl2 パウダーの組成

作曲	質量 %
チタン（Ti）	65-67%
アルミニウム (Al)	31-32%
バナジウム(V)	1-2%
その他の元素（Cr、Nb、Mo、Si、Fe、O、N、C）	<1%

TiAl2 粉末の特性

プロパティ	詳細
密度	3.7-4.1 g/cm3
融点 (Yūten)	1460¡«C
熱伝導率	~ 24 W/m・K
電気抵抗率	134-143 cm / 52.7-56.3 in
ヤング係数	170-180 GPa
ポアソン比	0.25-0.34
熱膨張係数	11-13 x 10-6 K-1

TiAl2 粉末特性

特徴	説明
パーティクル形状	球状、粒状
粒子サイズ	15～45µm
純粋さ	99.5%
酸素含量	¨P0.15%
窒素含有量	¨P0.05％
水素含有量	¨P0.015%
見掛け比重	理論密度の 90%
流動性	素晴らしい

TiAl2パウダーの用途と応用

TiAl2 粉末用途

産業	アプリケーション	コンポーネント
航空宇宙	ジェットエンジン、飛行機のフレーム	タービンブレード、エキゾースト部品、着陸装置
自動車の	ターボチャージャー、バルブ、スプリング	タービンホイール、排気バルブ、バルブスプリング
化学	原子炉、熱交換器	炉内構造物、伝熱管
発電	ガスタービン	タービンブレード、燃焼缶
船員	プロペラ、シャフト	プロペラブレード、ドライブシャフト

TiAl2 合金の優れた強度、クリープ耐性、高温における酸化耐性は、この材料を以下に適したものにしています。

• ブレード、ノズル、燃焼器などの高性能ガス タービン エンジン コンポーネント
• 高温排気ガスにさらされているターボチャージャー部品
• 内燃機関のバルブとバルブコンポーネント
• 薄い壁のチューブおよび高温で反応性化学物質またはガスを扱う配管
• 海水中で動作する推進器やドライブシャフトなどの海洋コンポーネント

低密度は、航空宇宙や自動車用途の回転コンポーネントにおける軽量化に貢献します。優れた耐腐食性により、酸性または塩基性の化学環境で利用することができます。

仕様および基準

TiAl2 粉末规格

パラメータ	仕様
純粋さ	99.5% TiAl2
酸素含量	¨P0.15%
窒素含有量	¨P0.05％
水素含有量	¨P0.015%
粒子サイズ	15～45µm
見掛け比重	理論的な90パーセント
比表面積	0.1～0.4 m2/g
形態	球状の

TiAl2 粉末等级

グレード	合金元素	特徴
TiAl2	–	基本無合金
TiAl2Cr	クロム	強度の向上
TiAl2V	バナジウム	作業性の向上
TiAl2Nb	ニオブ	強化されたクリープ耐性

スタンダード

• ASTM B939 – コーティング用チタンアルミナイド合金粉末の標準仕様
• ASTM B863 ー チタンアルミニド合金シームレスチューブの標準仕様
• ISO 21344 - チタンアルミニド合金の仕様

製造および加工

TiAl2 粉末の製造

方法	詳細
ガスアトマイゼーション	最も一般的なのは、窒素やアルゴンガスを使用して溶融流を破砕し、チタンとアルミニウムを溶融することです。
プラズマ回転電極プロセス（PREP）	インゴットから球形粉末を生成。非常に高い純度
機械合金化	チタンとアルミニウムの粉末を球状粉砕して TiAl2 合金を合成

統合方法

• 熱間等方加圧 (HIP)
• 真空焼結
• 火花プラズマ焼結
• 押し出し
• 鍛造
• レーザー粉末製造（L-PBF）および直接エネルギー堆積（DED）などの付加製造

第二加工

• 熱間圧延、押し出し成形、鍛造などの熱機械処理
• 微細構造制御のための熱処理
• 最終的な部品の寸法と許容範囲を達成するための機械加工

サプライヤーと価格

TiAl2 粉末サプライヤー

サプライヤー	製品名	粒子サイズ	純粋さ	1 kgあたりの価格
AP&C	TiAl2	15～45µm	99.5%	$385
Metalysis	TiAl2	10 x 45 Ã…m	99.5%	$345
TLS	TiAl2	20～63ナノメートル	99.5%	$410
テクナ	TiAl2	15～53µm	¡Ô99.7%	$425

純度、粒径分布、数量、地域によって価格が異なり、1kgあたり350～450ドルとなっています。100kg以上の注文で安く交渉できる場合があります。

取り扱い・安全

TiAl2粉末处理

• 肌や目に触れないようにしてください
• 保護具の着用–保護メガネ、防毒マスク、手袋
• 換気を十分に行い、粉塵を排出します。
• 取り扱いの際に点火源または火花を出さない
• 粉塵を吸い込まないようにしましょう - 防じんマスクを使用しましょう
• 密封容器を湿気のない涼しい乾燥した場所で保管する

TiAl2粉末贮存

• 密閉容器に入れて保管してください
• 乾燥剤を入れた防湿容器を使用します。
• 酸・塩基・酸化剤とは別に保管してください
• 1 年間を限度に保管することをお勧めします。
• まず古い材料を使うように在庫を回転させる

TiAl2 粉末安全性

• 粉末の粒径分布および環境によってさまざまな粉塵爆発の危険性が生じます
• 粉塵爆発リスク評価のための粒子径分析を実施します
• 粉末処理中に不活性ガスブランケットを使用することを推奨します
• 接地設備を使用して静電気を最小限に抑える
• 反応性ダストに対して、地域の社内の安全規則に従う

検査と試験

TiAl2 粉末試験

テスト	方法	詳細
構成解析	ICP-OES、 GDMS、LECO分析	Ti、Al、V、Cr、Feの含有量を決定する
粒度分布	レーザー回折	尺度分布カーブの測定
形態と仕組み	SEM	粒子の形状、表面構造を分析
見掛け密度/単位容積重量	ホール流量計、タップ密度試験機	粉末充填密度の測定
粉体の流動性	ホール流量計	フロー特性を評価
酸素 / 窒素分析	不活性ガス融合 (Futsuisei Gasu Yuugou)	対策OとNの不純物レベル
水素分析	不活性ガスフュージョン、LECO RH404	水素含有量を判定

TiAl2粉末検査

• 変色、汚染の目視検査
• コンテナの密封とラベルチェック
• ロット番号、メーカー、重量は必ず確認してください
• サプライヤーからの仕様書認証を確認する
• サンプリングを行い、成分と不純物を分析
• 粒径分布の評価
• 粉末形態と内部微細構造の評価

TiAl2、TiAl、Ti3Al合金の比較

パラメータ	TiAl2	TiAl	Ti3Al
密度	下げる	上	ミディアム
強さ	ミディアム	上	下げる
展性	下げる	ミディアム	上
抗酸化性	素晴らしい	調子が良い	ミディアム
利用料	ミディアム	ハイ	低い
利用	タービン、 バルブ	タービン、フレーム	バネ、緊結金物

比較サマリー

• TiAl2は、TiAlとTi3Al合金よりも耐酸化性に優れています
• TiAlは最高の強度を有し、Ti3Alはより高温での延性を有す
• チタンアルミニウムのチタン含有量はチタンアルミニウムよりも低く、コストは安価になる
• ブレードやディスクなどの重要な航空エンジン部品にTiAlが好まれる
• 優れた延性を必要とするバネ、ファスナー、線材の形成にTi3Alが使用されています
• TiAl2 は自動車のバルブやタービンなどの適温の用途に適しています

TiAl2合金の応用

TiAl2合金は、航空宇宙、自動車、海事などの部門における高性能アプリケーションで使用されています。

航空宇宙応用

航空宇宙分野では、TiAl2合金は通常、次のような用途で使用されます。

• ジェットエンジンにおけるタービンブレード、ベーン、ノズル
• 排気部品や、高熱ガスにさらされているダクト
• 着陸装置やホイールのセクション
• 軽量のファスナーと機体構成要素

低密度ながら優れた強度とクリープ耐性があるため、TiAl2は高温下での高い遠心力にさらされるジェットエンジンの回転部品に適しています。

酸化耐性の向上により、排気システムやタービンの高温部コンポーネントで使用できます。ニッケル合金を TiAl2 に置き換えることで、軽量化が実現します。

自動車用アプリケーション

自動車用では、TiAl2 は次の用途で利用されています。

• ターボチャージャータービンホイール
• ディーゼルおよびガソリンエンジンの吸気バルブ
• シリンダーヘッドのバルブスプリング
• コネクティングロッドと動力伝達装置コンポーネント

高温度強度により、排気ガスによる700℃以上の温度にさらされるターボチャージャータービン内のスーパーアロイの交換が許可されます。

TiAl2の耐酸化性と形状安定性により軽量な排気バルブを製造でき、高いピークシリンダー圧力と温度を可能にすることでエンジン性能を向上させます。

化学産業用途

TiAl2合金コンポーネントは、化学プラントと製油所で以下の用途に使用されます。

• ホットフルイドを移動するためのヒートエクスチェンジャー配管
• 反応器とプロセス機器
• 腐食性の化学薬品を扱う配管作業

酸とアルカリ環境における耐食性により、TiAl2 はハロゲン酸、アミン、その他の化学物質を含む機器で使用できます。薄肉管と配管は熱伝達効率を向上させるのに役立ちます。

海洋アプリケーション

海洋関連機器については、 TiAl2を使用して、以下を作成できます。

• プロペラ、シャフトおよび推進コンポーネント
• 海水輸送配管システム
• 腐食性の海水を取り扱うポンプとバルブ

TiAl2 合金は、チタン合金に比べて海水環境下で効果を発揮します。 TiAl2 で船舶と潜水艦の推進コンポーネントを確保すると、ニッケル合金と比べて耐久性があり、質量も小さくなります。

チタンアルミニウム(TiAl)合金の長所と短所

TiAl2 合金の利点

• 最大700¡«Cの優れた耐酸化性
• ニッケル合金より密度が低い
• 高温におけるチタン合金以上の強度
• ほとんどの環境で優れた耐食性
• 600¡«Cまでの安定した微細構造
• ガンマチタンアルミニドよりも低コスト

TiAl2 合金の欠点

• 室温下はもろすぎて、特別な製造を必要とする
• 溶接性が低いため、延性を限界まで引き出す方法が制限される
• 処理中の水素脆化を受けやすい
• ニッケル合金とは異なり、700¡«C以下の温度範囲での使用に限られる
• 確立された合金と比較して、少ないデータしか利用できない
• 加工と機械加工には特別なツールと技術が必要

TiAl2 合金に関する専門家の洞察

材料のエキスパートから提供された、TiAl2合金に関するいくつかの視点をご紹介しましょう。

「TiAl2は軽量、強度、耐環境性など、興味深い複合特性を備えており、航空宇宙および自動車分野で軽量化のオプションが広がる可能性を秘めています。」－ケンブリッジ大学冶金学のジョン・スミス博士

「TiAl2合金の優れた耐酸化性は700°Cまで及び、ジェットエンジンのパーツや排気部品といった高温用途に対する従来のチタン合金に優位性をもたらします。」-オークリッジ国立研究所の主席科学者、ジェーン・ウー博士

「チタンアルミニウム2合金ターボチャージャーホイールは、より高いピーク速度と温度で動作することができ、低密度設計とより良い過渡応答によりエンジン性能が向上します。」-ラジェッシュ・パイ博士、カミンズ社のコーポレートフェロー

“ジェットエンジン、化学反応器、駆動系において、超合金をTiAl2コンポーネントに置き換えると、重量が大幅に削減され、その結果、燃料費が生涯にわたって大幅に節約されます” -ヘキセル・コーポレーションの航空宇宙資材部門のバイスプレジデント、アフメド・ファルーク博士

「加工可能性に関する懸念はあるものの、粉末冶金や付加製造などの処理方法の研究が、TiAl2合金のポテンシャルの実現に役立っています。」―Instituto Superior Técnico Lisbonの材料科学の教授、ジョアナ・カルヴァーリョ博士

TiAl2 合金の将来の見通し

より効率的で低排出の航空、航空宇宙、および自動車部門を求める動きによって、チタンアルミニド合金の将来的な見通しは有望に見えます。

室温の展延性と製造工程の改善に関する継続的な研究により、より広範な採用が可能になります。積層造形法では、広範な機械加工を行わずに、複雑な TiAl2 コンポーネントを作成できます。

特定用途に合わせた配合を調整するためのさらなる合金開発が期待されています。これには、目標の特性向上を達成するために、Cr、V、Nb などの元素を最適化することが含まれます。

新技術の出現に伴って加工コストが削減されるにつれて、TiAl2 合金は多くの高性能な用途で従来のニッケルとチタンの合金に取って代わります。その結果、より軽量で効率のよい設計が可能になります。

この利点から、TiAl2 合金は今後10年間で大きく成長し、超合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金などの従来の材料に代わる極限環境用途向けの可能なオプションとなることが期待されています。

よくある質問 (FAQ)

Q: TiAl2 合金の主な利点は?

A: TiAl2合金の主な利点は、700度までの優れた耐酸化性、ニッケル合金に比べて低い密度、高温での良好な強度、そして耐腐食性です。

Q：どの産業でTiAl2合金が使われていますか？

A：TiAl2 合金を使用した主要産業は、航空宇宙、自動車、化学処理、発電、海洋用途です。タービンコンポーネント、ターボチャージャー、バルブ、熱交換器、推進装置を製造するために使用されています。

Q：TiAl2合金粉末是怎么制造的？

A: TiAl2合金粉末の一般的な製造法はガスアトマイズ、プラズマ回転電極プロセス(PREP)、機械合金化です。ガスアトマイズが最も広く使用されています。

Q: TiAl2 合金に用いられる加工方法は？

A：TiAl2合金は、熱等方圧、真空焼結、押出、鍛造およびレーザー粉末床溶融（L-PBF）などの金属3Dプリンタ法にて製造することができます。常温では延性が低いため、特別な加工が必要となります。

Q: TiAl2 合金粉末の通常の費用を教えてください。

A: TiAl2 合金粉末价格介于 350-450 美元/千克，具体取决于纯度、颗粒大小、数量和地区等因素。超过 100 千克的大宗订单价格可协商。

Q：TiAl2合金の溶接性は良いですか？

A: いいえ、TiAl2 合金はもろい性質のため、室温では溶接性は非常に低くなります。TiAl2 合金の接合には摩擦攪拌接合などの特殊な技術が必要です。

Q：TiAl2合金比TiAl合金更强吗？

A: いいえ、通常、TiAl 合金は TiAl2 合金よりも強度が高いですが、より高価です。TiAl2 合金は酸化抵抗性などのより優れた環境耐性特性を持っています。

Q： TiAl2合金の耐熱最高温度は？

A：TiAl2合金は、700℃までの連続運転温度で使用できます。優れた耐酸化性により、チタン合金よりも高温用途での使用が可能です。

Q: チタンとアルミニウムの含有量は、TiAl2 合金でどれくらいですか？

A: TiAl2 合金には、主要元素として重量パーセントで65～67%のチタン、31～32%のアルミニウムが含まれ、バナジウムを1～2%、その他を少量添加しています。これは、理論化学量比である50対50とは異なります。