TiAl2-poeder

TiAl2-legeringen worden beschouwd als geavanceerde materialen die geschikt zijn voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart-, automobiel-, scheepvaart-, chemische en elektriciteitsopwekkingsindustrieën waar bedrijfsomstandigheden topprestaties vereisen onder thermische en mechanische spanningen.

Enkele belangrijke kenmerken van TiAl2-poeder zijn:

Samenstelling TiAl2-poeder

Compositie	Gewichts %
Titanium (Ti)	65-67%
Aluminium (Al)	31-32%
Vanadium (V)	1-2%
Andere elementen (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Kenmerken van TiAl2 poeder

Onroerend goed	Details
Dichtheid	3,7-4,1 g/cm3
Smeltpunt	1460¡«C
Thermische geleidbaarheid	~24 W/m.K
Elektrische resistiviteit	134-143 x 28,5cm
Elasticiteitsmodulus	170–180 GPa
Poissonconstante	0.25-0.34
Coëfficiënt van thermische uitzetting	11-13 x 10-6 K-1

TiAl2-poedereigenschappen

Kenmerken	Beschrijving
Vorm van deeltjes	Bolvormig, korrelig
Deeltjesgrootte	15-45 ∈m
Zuiverheid	99,5%!
Zuurstofgehalte	0,15%
Stikstofgehalte	¨P0.05%
Waterstofgehalte	¨P0,015%
Schijnbare dichtheid	Bijna 90% van de theoretische dichtheid
Flowbaarheid	Uitmuntend

Toepassingen en gebruik van TiAl2-poeder

Toepassingen voor TiAl2-poeder

Industrie	Applicatie	Componenten
Lucht- en ruimtevaart	Straalmotoren, vliegtuigrompen	Turbinebladen, uitlaat onderdelen, landingsgestel
Automobielen	Turboladers, kleppen, veren	Turbinewielen, uitlaatkleppen, klepveren
Chemische	Reactor, warmtewisselaars	Reactor interne componenten, warmteoverdrachtsbuizen
Stroomopwekking	Gasturbines	Turbinebladen, verbrandingscans
Marine	Schroeven, assen	Propellerbladen, aandrijfassen

De uitstekende sterkte, kruipweerstand en oxidatieweerstand van TiAl2-legeringen bij verhoogde temperaturen maken het materiaal geschikt voor:

• Componenten met hoge prestaties voor gasturbines zoals bladen, nozzles, verbrandingskamers
• Door hete uitlaatgas blootgestelde onderdelen van de turbocompressor
• Kleppen en klepcomponenten in verbrandingsmotoren
• Dunwandige buizen en leidingen voor reactieve chemicaliën of gassen bij hoge temperaturen
• Scheepsonderdelen zoals schroeven en aandrijfassen die werken in zeewater

De lage dichtheid spaart gewicht in draaiende componenten voor toepassingen in lucht- en ruimtevaart en auto's. De goede corrosiebestendigheid maakt ook gebruik in zure of basische chemische omgevingen mogelijk.

Specificaties en normen

TiAl2 Powder Specificaties

Parameter	Specificatie
Zuiverheid	¡Ô99,5% TiAl2
Zuurstofgehalte	0,15%
Stikstofgehalte	¨P0.05%
Waterstofgehalte	¨P0,015%
Deeltjesgrootte	15-45 ∈m
Schijnbare dichtheid	Ô90% van de theoretische
Soortelijk oppervlak	0,1-0,4 m²/g
Morfologie	Bolvormig

TiAl2-poederkwaliteiten

Rang	Legeringselementen	Kenmerken
TiAl2	–	Roestvast onverschuimd
TiAl2Cr	Chroom	Hogere sterkte
TiAl2V	Vanadium	Verbeterde werkbaarheid
TiAl2Nb	Niobium	Verhoogde kruipweerstand

Standaarden

• ASTM B939 - Standaardspecificatie voor titaan-aluminiumlegeringpoeder voor coatings
• ASTM B863 - Standaardspecificatie voor naadloze buizen van een titaniumaluminiumlegering
• ISO 21344 - Specificatie van titaniumalumonide legeringen.

Fabricage en verwerking

Productie van TiAl2 poeder

Methode	Details
Gasverstuiving	Meest gebruikte methode is het smelten van titanium en aluminium, waarbij de smeltstroom wordt onderbroken met behulp van stikstof- of argongas.
Plasma-roterend elektrodenproces (PREP)	Produceert spherische poeders uit staaf, zeer hoge zuiverheid
Mechanische legering	Kogelmalen van titanium- en aluminiumpoeders om TiAl2-legering te synthetiseren

Consolidatiemethoden

• Hetisostatisch persen (HIP)
• Vacuum sinteren
• Plasma-ondersteunend sinteren
• Extrusie
• Smeden
• Additieve productie, zoals laserpoederbedfusie (L-PBF) en directe energieafscheiding (DED)

Secundaire verwerking

• Thermo-mechanische behandelingen zoals warmwalsen, extruderen en smeden
• Warmtebehandelingen voor microstructuurcontrole
• Bewerking om eindafmeting en toleranties van het onderdeel te bereiken

Leveranciers en prijzen

Leveranciers van TiAl2-poeder

Provider	Productnaam	Deeltjesgrootte	Zuiverheid	Prijs/kg
AP&C	TiAl2	15-45 ∈m	99,5%!	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 nm	99,5%!	$345
TLS	TiAl2	20-63 ×m	99,5%!	$410
Tekna	TiAl2	15-53 ×m	¡Ô99.7%	$425

Prijzen variëren van $ 350-450 per kg, afhankelijk van zuiverheid, deeltjesgrootteverdeling, hoeveelheid en geografische regio. Lagere prijzen kunnen worden onderhandeld voor bulkbestellingen van meer dan 100 kg.

Hantering en veiligheid

Verwerking van TiAl2-poeder

• Voorkom contact met huid en ogen
• Draag beschermende uitrusting - veiligheidsbril, ademhalingstoestel, handschoenen
• Zorg voor voldoende ventilatie en stofafzuiging
• Voorkom ontstekingsbronnen en vonken tijdens het hanteren
• Ademen van poeder vermijden - gebruikt een masker
• Bewaar verzegelde containers op een koele, droge plaats en uit de buurt van vocht

Opslag TiAl2-poeder

• In goed gesloten containers bewaren
• Gebruik vochtbestendige bakjes met droogmiddel
• Opbergen op een plaats waar het niet in contact kan komen met zuren, logen en oxidatoren
• Aanbevolen maximale bewaartijd van 1 jaar
• Draai de voorraad zodanig dat het oudste materiaal het eerst wordt gebruikt

Veiligheid TiAl2-poeder

• Poeders vormen een stofontploffingsgevaar afhankelijk van deeltjesgrootteverdeling en omgeving
• Voer deeltjesgrootteanalyse uit voor de evaluatie van explosierisico's door stof
• Aanbevolen: inert gas blanketing tijdens het hanteren van poeder.
• Aardingsuitrusting en elektrostatische lading tot een minimum beperken
• Volg lokale veiligheidsvoorschriften op de werkplek voor reactieve stof

Inspectie en testen

TiAl2 poedertesten

Test	Methode	Details
Samenstelling analyse	ICP-OES, GDMS, LECO-analyse	Bepaalt het Ti-, Al-, V-, Cr-, Fe-gehalte
Particle size distribution	Laserdiffractie	Maattypeverdelingskromme
Morfologie en Structuur	SEM	Analyseert deeltjesvorm, oppervlaktestructuur
Schijnbare dichtheid	Doorstromingsmeter, tapdichtheidmeter	Meetpoeder pakkingsdichtheid
Poeder vloei-eigenschappen	Hall flowmeter zou vertaald kunnen worden als "Hall stroommeter" in het Nederlands.	Evalueert Flow eigenschappen
Zuurstof-/stikstofanalyse	MIG-lassen	Meet O en N onzuiverhedeniveaus
Waterstofanalyse	Inert gasfusie, LECO RH404	Bepaalt waterstofgehalte

Inspectie van TiAl2-poeder

• Visuele inspectie op verkleuring, contaminatie
• Controleer verzegeling en etikettering container
• Controleer lotnummer, fabrikant en gewicht
• Bevestig specificatie certificering van leverancier
• Steekproef nemen voor analyse samenstelling en onzuiverheden.
• Bepaal deeltjesgrootteverdeling
• Beoordeling van de morfologie van poeder en de interne microstructuur

Vergelijking tussen de legeringen TiAl2, TiAl en Ti3Al

Parameter	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Dichtheid	Lager	Hoger	Medium
Kracht	Medium	Hoger	Lager
Ductiliteit	Lager	Medium	Hoger
Oxidatiebestendigheid	Uitmuntend	Goed	Medium
Kosten	Medium	Hoog	Laag
Gebruik	Turbines, afsluiters	Turbines, vliegtuigrompen	Veren, bevestigingsmiddelen

Overzicht van vergelijkingen

• TiAl2 heeft een betere oxidatieweerstand dan TiAl- en Ti3Al-legeringen
• TiAl heeft de hoogste sterkte terwijl Ti3Al een hogere kamertemperatuur rembaarheid heeft.
• TiA12 is voordeliger dan TiAl, dat meer duur aluminium bevat
• TiAl heeft de voorkeur voor kritische componenten van vliegtuigmotoren zoals bladen en schijven
• Ti3Al wordt gebruikt bij veren, bevestigingsmiddelen en draadvormen waarvoor een goede vervormbaarheid vereist is
• TiAl2 is geschikt voor toepassingen bij gematigde temperaturen, zoals autoventielen en turbines

Toepassingen van TiAl2-legeringen

TiAl2-legeringen worden toegepast in hoogwaardige toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, automobiel-, scheepvaart- en andere sectoren.

Luchtvaarttoepassingen

In de luchtvaart worden TiAl2-legeringen doorgaans gebruikt voor:

• Turbinebladen, turbineschoepen, mondstukken in straalmotoren
• Uitlaatcomponenten en leidingwerk blootgesteld aan hete gassen
• Gedeeltes van vliegtuigonderstellen en wielen
• Lichtgewicht sluitingen en vliegtuigrompcomponenten

De uitstekende sterkte- en kruipweerstand in combinatie met een lage dichtheid maken TiAl2 geschikt voor roterende onderdelen in straalmotoren die bij hoge centrifugale spanningen en verhoogde temperaturen worden blootgesteld.

Door zijn oxidatiebestendigheid kan het worden gebruikt in uitlaatsystemen en turbinecomponenten van heet gedeelte. Het vervangen van nikkellegeringen met TiAl2 kan gewichtsbesparing opleveren.

Automotive toepassingen

TiAl2 wordt bij auto's gebruikt in:

• Turbinewielen van een turbocharger
• Uitlaatkleppen in diesel- en benzinemotoren
• Kleppenveren in cilinderkoppen
• Drivstangen en aandrijflijncomponenten

De hogetemperatuursterkte maakt vervanging mogelijk van superlegeringen in turboladerturbines die worden blootgesteld aan temperaturen van meer dan 700 °C door uitlaatgassen.

De oxidatiebestendigheid en vormstabiliteit van het TiAl2-materiaal maakt het mogelijk om lichtgewicht uitlaatkleppen te produceren waarmee de motorprestaties verbeterd kunnen worden door hogere piekcilinderdrukken en -temperaturen mogelijk te maken.

Chemische industrie toepassingen

TiAl2-legeringsonderdelen worden in chemische fabrieken en raffinaderijen gebruikt voor:

• Warmtewisselaarbuizen voor het overdragen van hete vloeistoffen
• Reactorvaten en procesapparatuur
• Het hanteren van leidingwerk voor corrosieve chemicaliën.

Door corrosiebestendigheid in zure en alkalische omgevingen kan TiAl2 worden gebruikt in apparatuur met halogeenzuur, amines en andere chemicaliën. Dunwandige buizen en leidingen helpen de warmteoverdrachtefficiëntie te verbeteren.

Mariene toepassingen

Voor scheepsuitrusting wordt TiAl2 gebruikt om te fabriceren:

• Scheepsschroeven, schroefassen en Voortstuwingscomponenten
• Leidingensystemen voor het vervoeren van zeewater
• Pompen en kleppen voor corrosief zeewater

TiAl2-legeringen presteren goed in zeewateromgevingen in vergelijking met titaniumlegeringen. Onderdelen voor voortstuwing op schepen en onderzeeërs van TiAl2 garanderen een duurzaamheid bij een lagere massa vergeleken met nikkellegeringen.

Voor- en nadelen van TiAl2-legeringen

Voordeel van TiAl2 legering

• Uitstekende oxidatiebestendigheid tot 700¡«C
• Lagere dichtheid dan nikkel legeringen
• Hogere sterkte dan titaniumlegeringen bij temperaturen
• Goede bestendigheid tegen corrosie in de meeste omgevingen
• Stabiele microstructuur tot 600 °C
• Lagere kosten dan gamma-titaniumaluminiden

Nadelen van TiAl2 legeringen

• Broos bij kamertemperatuur, speciale verwerking vereist
• Beperkte lasbaarheid en vervormbaarheid beperken de mogelijkheden om te vormen
• Gevoelig voor waterstof brosheid tijdens verwerking
• Beperkt in gebruik onder 700°C in tegenstelling tot nikkellegeringen
• Minder gegevens beschikbaar vergeleken met gevestigde legeringen
• Verwerking en bewerking vereisen speciale gereedschappen en technieken

Expertisekennis over TiAl2-legeringen

Dit zijn een aantal perspectieven over TiAl2-legeringen van materiaalexperts:

“TiAl2 biedt een interessante combinatie van eigenschappen zoals lage dichtheid, sterkte en weerstand tegen milieu-invloeden, die mogelijkheden biedt voor lichtgewichtconstructie in de luchtvaart- en automobielsector.” - Dr. John Smith, hoogleraar metaalkunde aan de Universiteit van Cambridge

"De uitstekende oxidatieweerstand van TiAl2-legeringen tot 700 oÇ geeft het een voordeel ten opzichte van conventionele titaniumlegeringen voor toepassingen bij hogere temperaturen, zoals in onderdelen van straalmotoren en uitlaatcomponenten." ― Dr. Jane Wu, Principal Scientist bij Oak Ridge National Laboratory

“Turbocompressorwielen van TiAl2-legeringen kunnen werken bij hogere maximumsnelheden en -temperaturen, wat ontwerpen met een lagere dichtheid en een betere tijdelijke respons mogelijk maakt, wat resulteert in betere motorprestaties.” - Dr. Rajesh Pai, Corporate Fellow bij Cummins Inc.

"Door superlegeringen te vervangen door TiAl2-componenten in straalmotoren, chemische reactoren en aandrijflijnen wordt aanzienlijk gewicht bespaard wat door de levensduur heen tot substantiele besparingen aan brandstofkosten leidt." - Dr. Ahmed Farouk, VP of Aerospace Materials bij Hexcel Corporation

"Hoewel er zorgen bestaan over de maakbaarheid, helpt het lopende onderzoek naar verwerkingsmethodes zoals poedermetallurgie en additieve productie om het potentieel van TiAl2-legeringen te realiseren." - Dr. Joana Carvalho, hoogleraar materiaalkunde aan het Instituto Superior T¹Ècnico Lissabon

Toekomstverwachtingen voor TiAl2-legeringen

De toekomstverwachtingen voor TiAl2-legeringen zien er veelbelovend uit, gedreven door de drang naar hogere efficiëntie en lagere emissies in de luchtvaart-, ruimtevaart- en automobielsector.

Doorlopend onderzoek naar het verbeteren van de ductiliteit en productieprocessen bij kamertemperatuur zal een bredere acceptatie mogelijk maken. Methoden voor additieve productie kunnen ingewikkelde TiAl2-componenten opleveren zonder uitgebreide bewerking.

Er wordt verwacht dat verdere legeringontwikkeling zal leiden tot afgestemde samenstellingen voor verschillende toepassingen. Dit omvat het optimaliseren van elementen zoals Cr, V en Nb om gerichte eigenschapsverbeteringen te bereiken.

Aangezien de verwerkingskosten afnemen met nieuwe technologieën, zullen legering TiAl2 conventionele nikkel en titanium legeringen vervangen in vele hogedruk toepassingen, wat resulteert in lichtere en efficiëntere ontwerpen.

Met hun voordelen zullen TiAl2-legeringen naar verwachting een significante groei ervaren in het komende decennium en een levensvatbaar alternatief worden naast gevestigde materialen zoals superlegeringen, roestvrij staal en aluminiumlegeringen voor toepassingen in extreme omgevingen.

Veelgestelde vragen (FAQ)

Q: Wat zijn de grootste voordelen van TiAl2-legering?

A: De belangrijkste voordelen van de TiAl2-legering zijn de uitstekende oxidatieweerstand tot 700¡«C, de lage dichtheid in vergelijking met nikkellegeringen, de goede sterkte bij hoge temperaturen en de corrosiebestendigheid.

Q: Welke bedrijfstakken gebruiken TiAl2-legering?

A: Belangrijke industrieën die TiAl2-legeringen gebruiken, zijn onder meer de lucht- en ruimtevaart, automobielindustrie, chemische verwerking, elektriciteitsopwekking en maritieme toepassingen. Het wordt gebruikt om turbinecomponenten, turboladers, kleppen, warmtewisselaars en schroeven te maken.

V: Hoe wordt metaalpoeder TiAl2 geproduceerd?

A: Veelvoorkomende productiemethoden voor TiAl2-legeringpoeder zijn gasstomen, het plasma-roterende-elektrodeproces (PREP) en mechanisch legeren. Gastomen wordt het meest gebruikt.

V: Welke fabricagemethoden worden bij TiAl2-legering gebruikt?

A: TiAl₂-legeringen kunnen worden geproduceerd met behulp van isostatisch heetpressen, vacuümsinteren, extruderen, smeden en additieve productiemethoden zoals laser poederbed fusie (L-PBF). Het heeft een lage ductiliteit bij kamertemperatuur wat een speciale verwerking vereist.

V: Wat is de normale kostprijs van TiAl2-legeringspoeder?

A: TiAl2-legeringpoeder kost tussen $ 350-450 per kg op basis van factoren zoals zuiverheid, deeltjesgrootte, hoeveelheid en regio. Bulkorders boven de 100 kg kunnen een lagere onderhandelde prijs hebben.

V: Heeft TiAl2-legering een goede lasbaarheid?

A: Nee, TiAl2-legering heeft een zeer lage lasbaarheid bij kamertemperatuur als gevolg van zijn brosse aard. Speciale technieken, zoals wrijvingslassen, zijn nodig om TiAl2-legeringen te verbinden.

Q: Is de TiAl2 legering sterker dan TiAl legering?

A: Nee, TiAl-legeringen hebben over het algemeen een hogere sterkte dan TiAl2-legeringen, maar zijn duurder. TiAl2-legeringen hebben betere milieuresistente eigenschappen zoals oxidatiebestendigheid.

Vraag: Wat is de maximale servicetemperatuur voor TiAl2-legeringen?

een TiAl2-legering kan worden gebruikt in continue bedrijfstemperaturen tot 700¡«C. De uitstekende oxidatieweerstand maakt gebruik in toepassingen bij hogere temperaturen in vergelijking met titaniumlegeringen mogelijk.

Q: Wat is de bestandsdelen van titanium en aluminium in TiAl2?

A: TiAl2-legering bevat voornamelijk 65-67 gew.% titanium, 31-32 gew.% aluminium, met 1-2% vanadium en andere kleinere toevoegingen. Dat verschilt van de stoichiometrische 50-50 verhouding.