Samenstelling TiNbZrSn-legeringspoeder

TiNbZrSn-legeringspoeder bestaat uit de volgende elementen:

Element	Gewichts %
Titanium (Ti)	35-40%
Niobium (Nb)	35-40%
Zirkonium (Zr)	5-10%
Tin (Sn)	5-10%

Deze precieze combinatie van titanium, niobium, zirkonium en tin resulteert in een legering met, in vergelijking met conventionele legeringen, bovengemiddelde sterkte, hardheid en elasticiteit. Vooral het niobiumgehalte verbetert de mechanische prestaties aanzienlijk.

Door de verhoudingen van de samengestelde metalen zorgvuldig te controleren, kunnen de eigenschappen van het legeringpoeder worden geoptimaliseerd voor verschillende toepassingen die kenmerken vereisen van hoge sterkte-gewichtsverhoudingen, corrosiebestendigheid, biocompatibiliteit of hogetemperatuurbestendigheid.

Eigenschappen van TiNbZrSn-legeringpoeder

TiNbZrSn-legeringspoeder vertoont de volgende uitzonderlijke eigenschappen:

Onroerend goed	Beschrijving
hoge sterkte	Levert sterkte van meer dan 1400 MPa, gelijk aan geavanceerde legeringen in de lucht- en ruimtevaart
Lage dichtheid	Dichtheid circa 6,5 g/cm3, veel lager dan staal
Uitstekende elasticiteit	E-modulus rond de 100 GPa, waardoor flexibiliteit mogelijk is
Hoge hardheid	Vickershardheid meer dan 450 HV, beter slijtvast dan roestvrij staal
Goede weerstand tegen corrosie	Bestand tegen corrosie in veeleisende omgevingen
biocompatibel	Niet-toxisch en geschikt voor medische implantaten
Hoog smelpunt	Smelt boven de 2500¡«C waardoor het geschikt is voor toepassingen bij hoge temperatuur

De combinatie van hoge sterkte, een laag gewicht, hardheid en flexibiliteit is zeldzaam en maakt TiNbZrSn tot een uiterst veelzijdig materiaal. Het overtreft conventionele legeringen als roestvrij staal op meerdere eigenschappen.

Productie van TiNbZrSn legeringpoeder

TiNbZrSn-legeringspoeder kan worden geproduceerd met de volgende geavanceerde methodes:

Methode	Beschrijving
Gasverstuiving	Gesmolten legering die in dunne druppels wordt gesproeid die stollen tot poeder
Plasma-roterend elektrodenproces (PREP)	Elektrode draait snel in plasmaboog om poeder te vernietigen
Hydride-dehydride (HDH)	Legering wordt gehydrogeneerd, mechanisch tot poeder vergruisd, daarna gedehydrogeneerd

Gasatomisatie biedt controle over de deeltjesgrootteverdeling en resulteert in zacht, sferisch poeder ideaal voor additieve productie. PREP- en HDH-methoden bieden economische productie van oneven poeder geschikt voor persen en sinteren.

In deze poederproductieprocessen kan de legeringssamenstelling nauwkeurig worden gehandhaafd, wat zorgt voor consistente eigenschappen. Zuivere inerte gasatmosferen voorkomen verontreiniging.

TiNbZrSn-legeringspoedertoepassingen

Dankzij zijn uitgebalanceerde materiaaleigenschappen wordt TiNbZrSn-legerpoeder gebruikt in de volgende toepassingen:

Industrie	Applicatie
Lucht- en ruimtevaart	Luchtvaart- en raketmotorcomponenten, ruimtesystemen
Automobielen	Kleppenveren, bevestigingsmiddelen, actuatoren
Medisch	Implantaten, protheses, hulpmiddelen
Verdediging	Pantser, munitie, ballistiek
additive manufacturing	3D-geprinte onderdelen met hoge sterkte
Chemische verwerking	Corrosiebestendige vaten, leidingwerk

De combinatie van sterkte, hardheid en biocompatibiliteit maken TiNbZrSn geschikt voor belaste geïmplanteerde apparaten zoals heup- en kniegewrichten. Zijn corrosieweerstand maakt het geschikt voor op zee blootgestelde maritieme toepassingen. En zijn hogetemperatuurbestendigheid is een voordeel in straalmotoren en turbines.

In vergelijking met conventionele legeringen kun je met TiNbZrSn lichtere, sterkere en duurzamere componenten realiseren, waardoor deze een voorsprong hebben in veeleisende industrieën.

TiNbZrSn legering poederspecificaties

TiNbZrSn-legeringspoeder is commercieel verkrijgbaar in de volgende specificaties:

Attribuut	Details
Deeltjesgroottes	15-45 micrometer, 45-106 micrometer, 106-250 micrometer
Vorm van deeltjes	Sferisch, onregelmatig
Zuiverheid	Tot 99,9%
Zuurstofgehalte	Onder de 2000 ppm
Poederkwaliteiten	5de leerjaar, 23, 23 ELI
Leveringsformulier	Los poeder, gesinterde voorvormlingen

Zowel gas geatomiseerd bolvormig poeder als onregelmatig poeder is beschikbaar uit HDH of PREP. Kleinere 15-45 micron poeders zijn geschikt voor additieve productie die goede vloeibaarheid en verpakking vereist. Grotere 106-250 micron poeders worden gewoonlijk geperst en gesinterd.

Normen zoals ASTM F1805 en ISO 5832 geven samenstellingsgrenzen en vereiste eigenschappen voor biomedisch poeder van kwaliteit 23 ELI. Aangepaste legeringssamenstellingen en deeltjesgroottes kunnen ook worden geproduceerd om aan de vereisten van de toepassing te voldoen.

Leveranciers van TiNbZrSn-legeringpoeder

Enkele toonaangevende wereldwijde leveranciers van TiNbZrSn-legeringpoeder zijn onder andere:

Provider	Locatie
AMETEK	Verenigde Staten
CNPC Powder	China
GKN Hoeganaes	Europa
LPW-technologie	VK
Sandvik Osprey	VK

Geaccrediteerde leveranciers zoals deze hebben geavanceerde interne poederproductie-installaties die gebruikmaken van gasverstuiving of hydride-dehydrideprocessen. Ze kunnen verschillende deeltjesgrootteverdelingen leveren en de legeringssamenstelling naar behoefte aanpassen.

Er zijn kleine batches voor prototyping en grote volumes voor de handel beschikbaar. Strikte kwaliteitscontrole en testen worden door leveranciers uitgevoerd om ervoor te zorgen dat het poeder aan de specificaties voldoet.

Prijsstelling TiNbZrSn-legeringspoeder

Als geavanceerd speciaal metaallegering heeft TiNbZrSn-poeder een hoog prijskaartje:

Poederklasse	Prijsbereik
5e klas	$350-$500 per kg
Rang 23	450-650 € per kg
Klas 23 ELI	$550-$750 per kg zou vertaald worden als €550 tot €750 per kilogram.

De prijsstelling is afhankelijk van de orderhoeveelheid, de grootteverdeling van de deeltjes, de vorm en de samenstelling. Kleinere hoeveelheden fijn bolvormig poeder zijn duurder. Onregelmatig poeder en grotere partijgroottes bieden kostenbesparingen.

De prijs is vele malen hoger dan gewone legeringen zoals roestvrij staalpoeder 316L. De superieure eigenschappen rechtvaardigen echter de hogere kosten voor cruciale toepassingen waar maximale prestaties vereist zijn.

Afhandeling van TiNbZrSn-legeringpoeder

Veilig omgaan met TiNbZrSn legering poeder:

• Bewaar afgesloten containers in een koele, droge omgeving om oxidatie en hydratatie te voorkomen
• Vermijd morsen om opeenhoping van poeder te voorkomen, wat een explosiegevaar oplevert
• Alle apparatuur voor het hanteren van poeder en alle transportvaten moeten worden geaard.
• Draag handschoenen en ademhalingsbescherming bij het hanteren van poeder
• Gebruik gereedschappen die geen vonken veroorzaken en vacuümsystemen met inerte gasomschakelingen
• Pas waar nodig ventilatie en bronafzuiging toe

De kleine deeltjesgrootte maakt TiNbZrSn-poeder ontvlambaar bij verspreiding. Zorgvuldige toepassing van veiligheidsprotocollen is essentieel. Geautomatiseerde handschoenenkast en inkapselingssystemen worden aanbevolen.

Inspectie van de legering TiNbZrSn

TiNbZrSn-legering moet worden gekeurd op:

Parameter	Methode	Acceptatiecriteria
Particle size distribution	Laserdiffractie, zeven	Komt binnen het opgegeven bereik
Vorm van deeltjes	SEM-beeldvorming	Sferische, gladde oppervlakken
Deeltjeschemie	EDX/EDS, ICP-OES	Beantwoordt aan de gespecificeerde samenstelling
Zuurstof/Stikstof	MIG-lassen	Beneden 2000 ppm zuurstof
Schijnbare dichtheid	Hall flowmeter zou vertaald kunnen worden als "Hall stroommeter" in het Nederlands.	Betere regelgeving voor grotere dichtheid
Debiet	Hall flowmeter zou vertaald kunnen worden als "Hall stroommeter" in het Nederlands.	Stroomt vrijelijk door opening

Deze tests verzekeren dat het poeder voldoet aan de specificaties voor grootte, vorm, chemie, zuiverheid en vloeibaarheid vereist voor AM of direct printen en sinteren.

Testen van TiNbZrSn-poederlegeringen

De volgende verdere testen kunnen worden uitgevoerd om TiNbZrSn-legeringpoeder te calificeren:

Test	Methode	Doel
Compressibiliteit	Uniaxiale persing	Beoordeel de reactie van verdichting
Groene sterkte	Transverse rupture resistance	Meetkracht vóór het sinteren meten
Dichtheid na het sinteren	Dimensionale meting	Zorg voor volledige consolidatie
Microstructuur	Optische microscopie, SEM	Beoordeel smelten, porositeit en granen
Hardheid	Vickers- en Rockwell-hardheidtests	Mechanische eigenschappen verifiëren
Treksterkte	ASTM E8	UTS, opbrengst, rek meten

Het testen van de gecomprimeerde en gesinterde staalmonsters is verstandig om zekerheid te krijgen over de poederverwerkbaarheid en de uiteindelijke mechanische eigenschappen versus de ontwerpvereisten.

Voors en tegens van TiNbZrSn-legeringspoeder

Voordelen	Nadelen
Uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding	Duur in vergelijking met gangbare legeringen
Hogere elasticiteit dan andere legeringen met hoge sterkte	Lagere ductiliteit dan titaniumlegeringen
Uitstekende hardheid en slijtvastheid	Moet voorzichtig behandeld worden, omdat het reactief is
Bestand tegen corrosie in veeleisende omgevingen	Moeilijk te bewerken en te slijpen
Biocompatibel voor medisch gebruik	Weinig leveranciers en beschikbaarheid
Bestand tegen extreme hoge temperaturen	Vereist warm isostatisch persen voor volledige consolidatie

Voor cruciale toepassingen waarbij prestaties zwaarder wegen dan kosten, levert TiNbZrSn-legeringpoeder onovertroffen eigenschappen in vergelijking met andere legeringen. De belangrijkste beperkingen zijn de kosten en beschikbaarheid.

TiNbZrSn met andere legeringen vergelijken

Hoe verhoudt TiNbZrSn zich tot andere hoogwaardige metaalpoeders?

versus roestvrij staal:

• 2 keer sterker
• 70% lagere densiteit
• 5x hogere hardheid
• Betere weerbestendigheid

Versus titaniumlegeringen:

• 50% hogere elasticiteit
• 20% hogere hardheid
• Betere kruipweerstand
• Lagere ductiliteit

Versus kobalt-chroomlegeringen:

• Lagere dichtheid
• Geen toxische effecten
• Hogere servicetemperatuur
• Lagere taaiheid

Versus Ni-gebaseerde superlegeringen:

• Eenvoudigere verwerking
• Lagere kosten
• Lagere temperatuurcapaciteit
• Lagere kruipsterkte

TiNbZrSn biedt dus een optimale balans van eigenschappen die je niet vindt bij andere legeringen en dit maakt het perfect voor de meest veeleisende toepassingen.

Inzichten over het gebruik van TiNbZrSn-legeringspoeder

Hier zijn enkele belangrijke inzichten voor het effectief gebruiken van TiNbZrSn:

• Gasatomiseerd poeder met een gecontroleerde deeltjesgrootteverdeling geeft de beste stroom- en pakkingseigenschappen voor AM
• Irregulier poeder vereist hogere druk bij het persen en sinteren
• Warm isostatisch persen helpt bij het bereiken van maximale dichtheid en eigenschappen
• Annealing kan worden gebruikt om ductiliteit en taaiheid naar behoefte aan te passen
• Near-net-shape onderdelen minimaliseren kostbaar bewerken van gesinterde componenten
• Oppervlaktebehandelingen vergroten de slijtvastheid voor toepassingen met schuivend contact
• Het verbinden van verschillende materialen met TiNbZrSn vereist de selectie van een geschikt proces
• Strikte leverancierskwalificaties en tests helpen de poederkwaliteit en -prestatie te garanderen

Het is belangrijk om de verwerkings-microstructuur-eigenschappenrelatie te begrijpen om het volledige potentieel van deze uitzonderlijke legering aan te boren.

Veelgestelde vragen

Hier zijn enkele veelgestelde vragen over TiNbZrSn-legeringpoeder:

Q: Is TiNbZrSn-poeder compatibel met 3D-printen?

A Ja, gasgeatomiseerd TiNbZrSn met een gecontroleerd deeltjesgrootte en een hoge bolvormigheid kan worden gebruikt voor poederbedfoesiefusieprocessen en directenergiedepositie-AM-processen. De parameters moeten worden geoptimaliseerd om hoge dichtheid te bereiken.

Q: Welke deeltjesgrootte is het beste voor additieve fabricage?

A: 15-45 micron wordt aanbevolen, zodat voor een goede poederstroom en verpakking wordt gezorgd. Grotere formaten tot 106 micron zijn ook met succes geprint voor enkele toepassingen die dikkere lagen vereisen.

V: TiNbZrSn vereist na AM heet isostatisch persen.

A: HIP helpt de dichtheid te maximaliseren, elimineert interne poriën en verbetert de mechanische eigenschappen. Maar voor niet zo veeleisende toepassingen kan voldaan worden aan de vereisten met net geprinte TiNbZrSn-onderdelen zonder HIP.

Q: Kunt u TiNbZrSn-legering bewerken en slijpen?

A: Ja, maar er zijn wel stijve opstellingen, koelmiddel met hoge druk, scherpe hardmetaalgereedschappen en fijne slijpmaterialen voor nodig. De voedingssnelheid en het toerental moet lager zijn dan bij conventionele legeringen vanwege de hardheid.

V: Is TiNbZrSn geschikt voor biomedische implantaten?

A: Ja, het is gebruikt voor botplaten, heup- en knie-implantaten, omdat het biocompatibel is, een lage modulus heeft en een hoge sterkte die ideaal is voor dragende apparaten. Graad 23 ELI-poeder levert de benodigde zuiverheid.

V: Typische toepassingen voor TiNbZrSn-legering?

A: Luchtvaartcomponenten zoals landingsgestellen, veringen en bevestigingsmiddelen voor auto's, biomedische implantaten, pantserplaten, turbines voor energieopwekking en gereedschap voor het vormen en stansen van plaatwerk.

Conclusie

Samengevat biedt TiNbZrSn-legeringpoeder uitzonderlijke sterkte gecombineerd met lage dichtheid, elasticiteit en hardheid, in tegenstelling tot alle andere conventionele of geavanceerde legeringen. Hoewel de kosten hoger zijn, rechtvaardigen veel kritische toepassingen de uitgaven als geoptimaliseerde materiaaleigenschappen van het grootste belang zijn. Met de groeiende beschikbaarheid en doorlopende innovaties zullen de unieke capaciteiten van TiNbZrSn de komende jaren in meer industrieën worden ingezet.