티Nb 합금 분말

TiNb 합금 분말 개요

TiNb 합금 분말은 티타늄과 니오브 금속. 고강도, 저밀도, 생체적합성, 부식 저항, 피로 및 고온 크리프 저항의 독특한 조합을 제공합니다.

TiNb 합금은 순수 티타늄보다 뛰어난 물리적·화학적·기계적 특성을 갖춘 광범위한 티타늄 금속 간 화합물 재료의 한 부분입니다. 합금 원소인 니오븀을 첨가하면 특정 특성이 강화되고 특정 용도에 맞게 TiNb 합금을 조정할 수 있습니다.

TiNb 합금 분말의 주요 이점은 다음과 같습니다.

• 높은 강도-중량 비율
• 무한한 극단적 온도와 응력을 견디는 능력
• 극한 환경에서 마모, 마찰 및 부식에 대한 내구성
• 생체적합성 및 의료용제에 대한 무독성
• 적층 제조를 사용하여 복잡한 모양으로 처리 가능
• 엔지니어에게 설계 유연성 제공

TiNb 합금은 항공우주 산업에서 니켈 및 코발트 기반 초합금과 경쟁합니다. 또한 이는 생체의학용 임플란트와 장치에 스테인리스강의 대안을 제시합니다. TiNb 합금은 다른 소재에서는 불가능한 새로운 응용 분야와 디자인을 가능하게 합니다.

이 문서에서는 TiNb 합금 분말의 조성, 성질, 가공, 응용 분야, 사양, 비용 및 기타 실용적 측면을 다루는 기술 참고 자료를 제공합니다.

TiNb 합금 분말 조성

TiNb 합금은 주요 구성 요소로 티타늄과 니오븀을 주로 함유하고 있다. 니오븀 함량은 일반적으로 중량 기준으로 10~50%이며, 나머지는 티타늄이다.

Ti 대 Nb의 비율은 특정 특성에 대해 최적화된 다른 등급의 TiNb 합금을 생성하기 위해 조정할 수 있습니다. 몇 가지 일반적인 TiNb 등급은 다음과 같습니다.

• Ti-10Nb-10% 니오비움, 90% 티타늄
• Ti-35Nb - 니오브 35%, 티탄 65%
• Ti-45Nb - 니오브 45%, 티타늄 55%
• Ti-50Nb - 니오브 50%, 티타늄 50%

더불어, 산화지르코늄, 탄탈럼, 몰리브덴, 크롬과 같은 다른 원소의 소량이 추가되어, 특성을 극대화할 수 있습니다. 산소와 질소도 불순물로서 존재할 수 있습니다.

표 1: 일반적인 TiNb 합금의 화학적 구성

합금 등급	니오븀 함유량	티타늄 함량
Ti-10Nb	10%	90%
Ti-35Nb	35%	65%
Ti-45Nb	45%	55%
Ti-50Nb	50%	50%

최종적인 TiNb 합금 제품에서 원하는 특성을 달성하는 데 합성물 제어는 대단히 중요합니다. 분말 야금 기술은 구성 금속을 합금 분말 공급원에 정확하게 혼합할 수 있게 해줍니다.

TiNb 합금 분말 속성

TiNb 합금은 고성능 애플리케이션에 적합한 다양한 유용한 물리적, 기계적, 화학적 특성을 나타냅니다. 주요 특성은 다음과 같습니다.

물리적 특성

• 밀도 - 4.5~5.5g/cm3, 강철 및 니켈 합금보다 낮음
• 용융점 – 조성물에 따라서 1550~1750 –C
• 전기 저항성 – 0.5 ~ 0.6 õÎ.m, 순수 티타늄보다 높음
• 열전도율 - 6~22 W/m.K, 티타늄보다 낮음

기계적 특성

• 인장 강도 – 500~1,100MPa, 니오븀 함량에 따라 증가
• 항복 강도 – 300~900MPa
• 신장 - 10% ~25%
• 경도 - 200~350HV
• 피로 강도 - 400~600 MPa

기타 속성

• 부식 방지 기능 – 보호 산화막으로 인한 우수한
• 내마모성 – 단단함 덕분에 티타늄보다 우수함
• 생체적합성 – 무독성 및 저자극성

Ti/Nb 비율을 조절함으로써, 응용 요구 사항에 따라 강도, 연성, 경도, 탄성 계수와 같은 특성을 최적화할 수 있습니다.

표 2: Ti-35Nb 합금의 전형적인 특성

부동산	가치
밀도	5.2g/cm3
용융점	1600년경
장력 강도 (Tensile strength)	650 MPa
항복강도	550 MPa
연장	15%
탄성 계수	60 GPa
단단함 (Dandanhame)	250 HV

TiNb 합금 파우더 응용 분야

TiNb 합금의 고유한 특성 때문에 다양한 산업에서 까다로운 작업에 적합합니다.

항공 우주

• 엔진 부품 - 블레이드, 디스크, 패스너
• 기체 부품 - 랜딩 기어, 날개, 동체
• 유압 시스템 - 펌프, 밸브, 액추에이터

자동차

• 밸브 스프링, 엔진 밸브
• 커넥팅 로드, 터보차저 로터
• 모터 레이싱 구성품

바이오의학

• 정형학적 임플란트 – 무릎, 고관절
• 치성 구강 임플란트, 크라운
• 외과 도구
• 의료 기기

화학 산업

• 열 교환기, 반응기
• 펌프, 밸브, 파이프
• 방식 장비

기타 응용 분야

• 스포츠 용품 - 골프 클럽, 자전거 프레임
• 고급 시계 및 보석
• 전기적 접촉과 연결
• 고온 용광로 부품

TiNb 합금은 강도, 온도, 내식성, 생체 적합성을 갖춘 조합으로 이러한 산업 전반에서 더 무거운 재료를 대체할 수 있습니다.

표 3: 산업별 TiNb 합금 활용

산업	신청
항공 우주	엔진 부품, 비행기 기체 부품, 유압 시스템
자동차	밸브 스프링, 엔진 밸브, 커넥팅 로드
바이오의학	임플란트, 치과, 외과 절차 장비
화학적	열교환기, 반응기, 펌프, 밸브
기타	스포츠용품, 시계, 전기 접점, 전로 부품

티Nb 합금 분말 가공

다음 처리 경로를 통해 TiNb 합금 분말을 제조할 수 있습니다.

금속 분말 혼합

• 원소 티타늄 및 니오븀 파우더가 필요한 구성으로 혼합된다
• 합금 분말 혼합물은 기계적으로 합금화하여 TiNb 합금 분말을 형성한다.

가스 분무법

• 용융 TiNb 합금을 불활성 가스로 미세한 방울로 분무한다.
• 액적이 구형 합금 분말 입자로 단단해지는 것

Plasma 회전 전극 공정(PREP)

• TiNb 전극은 플라즈마 아크를 사용해 녹인 후 고속으로 회전시킴
• 원심력이 물방울을 분리하고 고체화하여 입자가 되게 함

하이드라이드-탈수소화(HDH) 방법

• Ti와 Nb 금속은 취성이 있는 수소화물 가루로 전환되었다
• 수소화 분말을 혼합하고, 수소를 제거하고, 분쇄하고 체질합니다.

적합한 제조 공정을 선택하는 것으로 가루의 입자 크기, 형태, 유동성 및 미세구조를 제어할 수 있습니다. 이는 결국 통합 후 특성에 영향을 미칩니다.

표 4: Ti-Nb 합금 분말 생산 방법

방법	설명	입자 크기	형태학
기계적 합금	티타늄 및 니오브 분말의 혼합 및 밀링	10~50미크론	불규칙적, 각진
가스 분무법	금속 합금의 관성 가스 원자화	15~150마이크론	구형
플라즈마 회전 전극	녹은 전극의 원심분해	50~150 마이크론	구형
HDH 프로세스	수소화, 탈수소화, 혼합 분말 분쇄	10~63 마이크론	불규칙적, 각진

TiNb 합금 파우더의 응고

TiNb 합금 가루는 다양한 분말 야금 강화 기법을 사용하여 완전 밀도 부품으로 전환 가능함:

고온정압성형 (HIP)

• 封装粉末在高温高压下HIP处理

진공 소결

• 분말은 진공로에서 압축과 소결됩니다.

스파크 플라즈마 소결

• 파우더는 동시에 펄스 DC 전류에 의해 가열 및 압축됩니다.

금속사출성형(MIM)

• 파우더는 접착제에 가해 섞고, 성형하고, 결합을 풀고 분말을 소결

첨가제 조형

• 파우더 베드 퓨전(SLM, EBM) 또는 직접 에너지 축적(DED)

HIP와 진공 소결은 미세한 미세 구조를 유지하면서 거의 완전한 밀도를 달성할 수 있습니다. 적층 제조는 더 큰 기하학적인 자유도를 제공합니다. 통합 공정은 원하는 특성을 달성하도록 최적화할 수 있습니다.

표 5: TiNb 합금 분말 고결 기법

방법	설명	밀도	미세구조	기하학
힙	고압, 고온	거의 전체 밀도	좋습니다	간단한 모양
진공 소결	진공로에서의 소결	거의 전체 밀도	좋습니다	간단한 모양
스파크 플라즈마 소결	펄스 전류 및 압력	전체 밀도	초미립자	간단한 모양
금속 사출 성형	파우더 + 바인더 몰딩	거의 전체 밀도	초미립자	복잡한 모양
첨가제 조형	파우더 베드 퓨전 또는 지향성 에너지 증착	거의 전체 밀도	심한 grained	복잡한 모양

TiNb 합금 파우더 사양

TiNb 합금 가루는 다양한 용도에 맞게 설계된 다양한 사양으로 제공됩니다.

구성: 10%에서 50%의 니오븀을 함유한 등급

입자 크기: 10~150 미크론

형태론: 구형, 불규칙형 또는 블렌드형

제작 방식: 가스 원자화, HDH, 블렌드 요소

순수함: 티탄 99.5%, 니오븜 99.8% 이상

산소 함량: <2000ppm

유동성: 홀의 흐름속도 > 23초/50g

겉보기 밀도: ¡Ô 2.5g /cc

탭 밀도: ¡Ô 3.5 g/cc

화학 성분, 입도 분포, 형태, 유속, 밀도는 일반적으로 지정된 성질입니다. 특정한 적용 분야에는 맞춤 합금과 파우더 사양이 생산될 수 있습니다.

표 6: Ti-35Nb 가스 분사 분말의 일반적 사양

파라미터	사양
합금 조성	Ti-35Nb
입자 크기	15~45마이크론
형태학	구형
제작 방법	가스 분무법
순결	Ti >99.5%, Nb >99.8%
산소 함유량	<1500 ppm
유량	>38초/50g
겉보기 밀도	¡Ô 2.7 g/cc
탭 밀도	¡Ô 4.2g/cc

TiNb 합금 분말 공급자

티타늄 나이오븀 합금 분말의 주요 글로벌 공급업체는 다음과 같습니다.

• AP&C – 타이타늄 및 니오븶 합금 파우더
• Atlantic Equipment Engineers - 구형 및 각진 파우더
• TLS Technik - 가스 원자화 TiNb 합금
• 금속 기술 – 혼합된 원소 및 사전 합금 가루
• Sandvik Osprey – 가스 원자화 구형 파우더
• Carpenter Additive – 맞춤 합금 파우더

TiNb 합금은 티타늄과 니오븀 금속 공급업체에서도 제공합니다. 이러한 분말 생산자에서 표준화된 합금과 맞춤 구성을 모두 구매할 수 있습니다.

표 7: TiNb 합금 파우더 공급업체

회사 (Hoesa)	자재	생산 방식
AP&C	Ti, Nb, TiNb 합금	가스 분무법
Atlantic Equipment Engineers	Ti, Nb, TiNb 합금	가스 분무, 블렌딩
TLS 테크닉	TiNb 합금	가스 분무법
금속 기술	TiNb 합금	혼합 원소, 사전합금
Sandvik Osprey	TiNb 합금	가스 분무법
카펜터 어디티브	사용자 지정 TiNb 합금	가스 분무법

TiNb 합금 파우더 비용

TiNb 합금 가루는 티타늄 또는 니오븀 가루보다 비쌉니다. 비용은 다음에 따라 달라집니다.

• 조성 - 높은 Nb 함량은 비용 증가
• 순도 - 더 높은 순도의 경우 비용 증가
• 입자크기 및 분포
• 생산 방법 - 가스 원자화된 분말은 비용이 더 듭니다.
• 주문 수량 – 더 큰 규모는 비용이 더 낮습니다.

소량의 TiNb 합금 분말의 지표 가격:

• Ti-10Nb: $100에서 $300/kg
• Ti-35Nb: 1kg당 $200~$500
• Ti-50Nb: 1kg당 300에서 800달러

대량 주문(수백 킬로, 여러 톤)일 경우 가격이 상당히 줄어듭니다.

표 8: TiNb 합금 가루의 지표 가격

합금	가격(USD/kg)
Ti-10Nb	$100 – $300
Ti-35Nb	$200 – $500
Ti-50Nb	$300 – $800

TiNb 합금 분말 취급 및 보관

반응적인 금속 가루이므로 취급 시 TiNb 합금 가루를 취급할 때는 신중해야 합니다.

• 산화 및 오염 방지를 위해 건조한 침성 분위기에서 밀폐 용기로 보관합니다.
• 산소, 습기, 오일, 연소 가능 물질과 접촉을 피하세요
• 미세 분말이 표면 또는 장비에 축적되는 것을 방지
• 취급 중에 사용하는 모든 통전 장비를 접지합니다
• 방폭 도구를 사용하고 먼지 발생을 최소화하세요
• 취급 시 장갑과 호흡기 보호 장구를 착용하십시오
• 접지 환기 시스템을 사용하고 먼지 구름을 피하세요
• 열, 불길, 불꽃 및 기타 착화원으로부터 멀리 떨어지게 하세요
• 안전 데이터 시트를 참조하여 적절한 PPE와 주의 사항을 확인하세요.

마른 불활성 분위기에서 적절하게 저장하면 TiNb 합금 가루는 일반적으로 12개월의 저장 수명을 갖습니다. 부적절한 저장 조건은 산화, 유동성 손실 또는 점화 위험을 초래할 수 있습니다.

표 9: TiNb 합금 가루 처리 지침

파라미터	지침
보관소	밀봉된 용기, 건조 불활성 분위기
대기	산소, 습기, 오일, 가연성 물질은 피합니다
장비	모든 전도기구 접지
도구	불꽃이 나지 않는 도구 사용
환기	접지 환기 시스템
개인보호장비(PPE)	장갑, 호흡기 보호
주의 사항	열, 화염, 스파크를 피하세요
보관 기한	불활성 분위기에서 12개월

TiNb 합금 분말의 안전 데이터 시트

다른 반응성 금속 가루와 마찬가지로 TiNb 합금의 경우 중요한 안전 예방 조치는 다음과 같습니다.

• PPE 착용 - 장갑, 눈 보호 장비, 마스크/호흡기
• 파우더 흡입은 피하세요 - 호흡기 보호 사용
• 피부와 눈에 닿지 않도록 주의하세요
• 파우더 사용 후에는 깨끗이 씻으세요.
• 점화원을 피하십시오 가루에 불이 붙을 수 있습니다
• 적절한 접지와 환기를 사용하세요
• 산화를 방지하는 불활성 보관 분위기
• 오염 및 표면에 쌓이는 먼지 방지
• SDS와 경고 라벨의 지침을 따르세요

응급 처치:

• 흡입: 신선한 공기로 이동하십시오. 필요하면 의료 지원을 받으십시오.
• 피부 접촉: 비누와 물로 씻어내십시오. 자극이 지속되는 경우 도움을 받으십시오.
• 눈에 묻었을 경우 : 15분 동안 눈을 물로 충분히 씻어 내세요. 의사의 진찰을 받으세요.
• 섭취: 물을 마십니다. 불편함이 있는 경우 의학적 도움을 받으세요.

취급 및 가공 TiNb 합금 분말 전에 항상 공급업체의 SDS를 참조하여 건강과 안전에 대한 완전한 정보를 얻으십시오.

표 10. TiNb 합금 분말의 주요 안전 조치

안전 항목	주의 사항
개인보호장비(PPE)	장갑, 고글, N95 마스크
흡입 (Heup-ip)	호흡 보호구 사용
피부 접촉	감염된 부위를 비누와 물로 씻으십시오
눈 맞춤	15분 동안 물로 눈 씻기
섭취 (Seobcho)	물을 마세요. 필요하다면 의료 도움을 받으세요.
환기	접지 환기 후드 사용
접지	취급 중에 모든 장비는 접지해야 합니다.
점화	불꽃, 불길, 열원을 피하세요.
보관소	가연물에서 멀리 떨어진 불활성 대기

TiNb 합금 파우더에 대한 품질 검사

TiNb 합금 파우더가 규격을 충족하는지 확인하기 위해 여러 가지 품질 검사를 수행합니다.

• 화학 분석- ICP, GDMS 또는 LECO 분석을 수행하여 구성과 순도 확인
• 입자 크기 분석?- 크기 분포에 대한 레이저 회절 또는 체 분석
• 형태학?- SEM 이미징을 사용하여 입자 모양과 표면 위상 확인
• 유량?- 분말 유동성용 홀 플로우미터 테스트
• 밀도?-겉 밀도 및 태핑 밀도 측정
• 산소/질소?- 사이정 불순물에 대한 불활성 가스 용융 분석
• 위상 식별?- XRD 분석을 통해 존재하는 상 파악

분말 특성은 각 배치에 대해 ASTM B939, ASTM F3049, EN 10204 3.1과 같은 품질 표준으로 테스트됩니다. 분말은 균일성을 위해 로트간에 혼합할 수 있습니다.

표 11: TiNb 합금 가루에 대한 시험 방법

테스트	방법	표준
컴포지션	ICP, GDMS, LECO	ASTM E1479, ASTM E2330
입자크기 분포	레이저 회절, 체선	ASTM B822
형태학	SEM 이미징	ASTM B822
유량	홀 유량계	ASTM B213
밀도	스콧 볼륨 미터	ASTM B212
산소/질소	불활성 가스 융합	ASTM E1019
상 분석	X선 회절	ASTM E1876

TiNb 합금의 의학적 응용

생체적합성, 높은 강도, 낮은 탄성 계수로 인해 TiNb 합금은 의학적 임플란트 및 장치에 널리 사용됩니다.

정형학 임플란트

• 무릎과 고관절 교체
• 본 플레이트, 스크류
• 척추 고정 장치
• 치과 임플란트와 교량

Ti-35Nb and Ti-45Nb 등의 TiNb 합금은 인간 뼈의 탄성 계수와 일치하면서 높은 피로 강도를 제공합니다. 이를 통해 더 단단한 티타늄 합금과 비교하여 응력 차단이 감소합니다.

심혈관 장치

• 스텐트
• 심박기 케이싱
• 가이드와이어
• 외과 도구

TiNb 합금의 내부식성, 무독성 및 무자성 특성은 이를 혈액 및 조직과 접촉하는 기기에 적합하게 만듭니다.

의료용 TiNb 합금 종류

• Ti-10Nb에서 Ti-50Nb까지
• 속성 조정을 위한 Ti-Nb-Zr, Ti-Nb-Ta
• ISO 5832-11 및 ASTM F2066 표준

저탄성율의 Ti-35Nb와 Ti-45Nb가 일반적으로 사용됩니다. 더 높은 Nb의 농도는 강도를 향상시키지만 탄성률을 증가시킵니다. 소량의 Zr/Ta를 추가하면 특성을 더욱 조 chỉnh할 수 있습니다.

생체 의학적 사용에 적합한 TiNb 합금의 이점

• 뛰어난 생체 적합성 및 골 결합
• 높은 강도 및 내피로성
• 뼈에 가깝고 낮은 탄성 계수
• 무독성, 무알레르기성
• 부식 방지
• 비자석

TiNb 합금은 임플란트에 강도, 생체적합성, 내식성과 탄성 계수를 가장 잘 조합합니다.

TiNb 합금 의료 부품 과제

• 가공 및 제조 어려움
• Ti-6Al-4V 합금보다 비쌈
• 엄격한 품질 관리와 테스트 필요
• 장기적 임상 데이터가 여전히 발전 중입니다.

의료용으로는 비교적 새롭기 때문에 TiNb 성분의 제조 및 라이선스가 더 복잡해질 수 있습니다. 하지만 장점이 단기적인 어려움을 능가합니다.

TiNb 합금의 자동차 용도

TiNb 합금의 높은 강도, 내열성 및 피로 수명은 이를 자동차 부품에 적합하게 만듭니다.

밸브 스프링

• 강도가 높아지면 스프링 질량이 낮아진다.
• RPM이 높아도 밸브 플로트 감소
• 더 높은 동력 출력 허용

엔진 밸브

• 고온 배기 가스에 견딤
• 마모 및 변형에 저항함
• 경량

커넥팅 로드

• 높은 강도-중량 비율
• 왕복 질량 감소
• 더 높은 RPM과 출력 가능

터보차저 로터

• 고온에서도 강도를 유지
• 크리프 변형을 저항함
• 열충격 내성
• 저밀도

모터 레이싱 구성품

• 가벼운 서스펜션, 샤시 부품
• 뛰어난 내구성

감소된 질량과 관성은 온도 및 피로 내성과 결합하여 뛰어난 엔진 성능과 효율을 제공합니다.

자동차용 TiNb 합금의 문제점

• 강철 합금에 비해 고비용
• 파우더 야금에서의 가공 어려움
• 공급업체 제한 및 제조 경험
• 불확실한 비용-이익 비율

이러한 이점은 처음에는 고급 차량과 모터스포츠의 프리미엄 가격을 정당화할 수 있습니다. 보다 폭넓게 채택하려면 TiNb 파우더 생산업체가 비용을 낮춰야 합니다.

TiNb 합금의 항공 우주 응용 분야

TiNb 합금은 낮은 온도에서의 강도를 필요로 하는 항공기 엔진과 기체 프레임 애플리케이션에서 니켈 수퍼 합금과 경쟁합니다.

엔진 구성 요소

• 터빈 블레이드, 디스크, 케이싱
• 컴프레서 블레이드
• 축, 패스너
• 역추진 장치

구조 부품

• 착륙 장치
• 날개, 갈비뼈, 스트링거
• 동체 프레임
• 유압 튜브

혜택

• 니켈 수퍼 합금보다 30-50% 낮은 밀도
• 무게를 줄입니다
• 유사한 강도와 크리프 내성
• 높은 스트레스와 온도를 견딤

과제