TiAl2 Proszku

Stopy TiAl2 są uważane za zaawansowany materiał, nadający się do zastosowań w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, morskim, chemicznym i energetycznym, gdzie warunki eksploatacji wymagają wysokiej wydajności przy naprężeniach termicznych i mechanicznych.

Najważniejsze właściwości proszku TiAl2 to:

Skład proszku TiAl2

Kompozycja	Waga %
Tytan (Ti)	65-67%
Aluminium (Al)	31-32%
Wanad (V)	1-2%
Pozostałe pierwiastki (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Właściwości proszków TiAl2

Nieruchomość	Szczegóły
Gęstość	3,7-4,1 g/cm3
Temperatura topnienia	1460¡«C
Przewodność cieplna	~24 W/m·K
Opór elektryczny	134-143 ×´Î.cm
Moduł Younga	170-180 GPa
Współczynnik Poissona	0.25-0.34
Współczynnik rozszerzalności cieplnej	11-13 x 10-6 K-1

Charakterystyka proszku TiAl2

Cecha charakterystyczna	Opis
Kształt cząstki	Kulisty, ziarnisty
Wielkość cząstek	15-45 µm
Czystość	¡Ô99.5%
Zawartość tlenu	¨P0.15%
Zawartość azotu	¨P0,05%
Zawartość wodoru	¨P0,015%
Gęstość Nasypowa	;90% gęstości teoretycznej
Płynność	Wyśmienicie

Zastosowania i zastosowania proszku TiAl2

Zastosowania proszku TiAl2

Przemysł	Aplikacja	Elementy
Astronautyka	Silniki odrzutowe, kadłuby samolotów	Łopatki turbin, części wydechowe, podwozia
Motoryzacja	Turbosprężarki, zawory, sprężyny	Koła turbiny, zawory wydechowe, sprężyny zaworowe
Chemiczny	Reaktory, wymienniki ciepła	Elementy wewnętrzene reaktora, rury wymiennika ciepła
Generacja energii	Turbina gazowa	Łopatki turbiny, komory spalania
Marynarz	Śruby napędowe, wały	Śruby śmigieł, wały napędowe

Doskonała wytrzymałość, odporność na pełzanie i odporność na utlenianie stopów TiAl2 w podwyższonych temperaturach sprawia, że materiał nadaje się do:

• Wysokowydajne elementy silnika turbiny gazowej, takie jak łopatki, dysze, komory spalania
• Części turbosprężarki narażone na gorące spaliny
• Zawory i elementy zaworów w silnikach spalinowych
• Cienkościenne rury i orurowanie przeznaczone do przenoszenia reaktywnych środków chemicznych lub gazów w wysokich temperaturach
• Składniki morskie, takie jak śruby napędowe i wały napędowe działające w wodzie morskiej

Niska gęstość przyczynia się do oszczędności masy w obracających się elementach w zastosowaniach lotniczych i motoryzacyjnych. Dobra odporność na korozję pozwala na stosowanie w kwaśnych lub zasadowych środowiskach chemicznych.

Specyfikacje i normy

Specyfikacja proszków TiAl2

Parametr	Specyfikacja
Czystość	¡Ô99.5% TiAl2
Zawartość tlenu	¨P0.15%
Zawartość azotu	¨P0,05%
Zawartość wodoru	¨P0,015%
Wielkość cząstek	15-45 µm
Gęstość Nasypowa	90% teoretyczne
Powierzchnia właściwa	0,1-0,4 m2/g
Morfologia	Kulisty

Klasy proszeków z TiAl2

Stopień	Elementy stopowe	Charakterystica
TiAl2	–	Podstawowa niestopowa
TiAl2Cr	Chrom	Wyższa wytrzymałość
TiAl2V	Wanad	Lepsza urabialność
TiAl2Nb	Niob	Wzmocniona odporność na pełzanie

Standardy

• ASTM B939 – Norma dotycząca specyfikacji stopowego proszku tytanowo-aluminiowego do powłok
• Norma ASTM B863 — Norma specyfikacji dla bezszwowej rury ze stopu tytanu i aluminium
• ISO 21344 – Specyfikacja stopów tytanu i glinu

Produkcja i przetwarzanie

Produkcja proszku TiAl2

Metoda	Szczegóły
Atomizacja gazu	Najczęściej roztapia tytan i aluminium, rozbijając strumień roztopu za pomocą azotu lub argonu
Procesma obracanej elektrody plazmowej (PREP)	Tworzy kuliste proszki z sztabki, o bardzo wysokiej czystości
Mechaniczne stopowanie	Synteza stopu TiAl2 na drodze mielenia kulowego proszków tytanu i aluminium

Metody konsolidacji

• Gorące prasowanie izostatyczne (HIP)
• Spiekanie próżniowe
• Spiekanie plazmowe iskier
• Ekstruzja
• Kucie
• Produkcja przyrostowa, taka jak laserowe spiekanie proszków (L-PBF) i bezpośrednie osadzanie energii (DED)

Przetwarzanie wtórne

• Obróbka termomechaniczna, taka jak walcowanie na gorąco, wytłaczanie i kucia
• Obróbki cieplne w celu kontrolowania mikrostruktury
• Obróbka skrawaniem w celu osiągnięcia ostatecznych wymiarów i tolerancji części

Dostawcy i ceny

Dostawcy proszku TiAl2

Dostawca	Nazwa produktu	Wielkość cząstek	Czystość	Cena za kg
AP&C	TiAl2	15-45 µm	¡Ô99.5%	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 ×m	¡Ô99.5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 Ã鐨m	¡Ô99.5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 xm	¡Ô99,7%	$425

Ceny wahają się od 350-450 USD za kg w zależności od czystości, dystrybucji wielkości cząstek, ilości i lokalizacji geograficznej. Niższe ceny można wynegocjować w przypadku zamówień hurtowych powyżej 100 kg.

Obsługa i bezpieczeństwo

Obsługa proszku TiAl2

• Unikaj kontaktu ze skórą i oczami
• Używaj sprzęt ochrony osobistej – okulary ochronne, respirator, rękawiczki
• Zapewnij odpowiednią wentylację i odpylanie
• Unikaj źródeł zapłonu i iskrzenia podczas obsługi
• Unikaj wdychania pyłu proszkowego - używaj maski oddechowej
• Przechowywać zamknięte pojemniki w chłodnym, suchym miejscu, z dala od wilgoci

Właściwe składowanie proszku TiAl2

• Przechowywać w szczelnie zamkniętych pojemnikach
• Używaj odpornych na wilgoć pojemników z osuszaczem
• Przechowywać z dala od kwasów, zasad i środków utleniających.
• Zalecanymaksymalny okres przechowywania 1 rok
• Rótuj zapasy, aby najpierw wykorzystać starsze materiały

Bezpieczne posługiwanie się pyłem TiAl2

• Pyły stanowią zagrożenie wybuchem pyłu w zależności od rozkładu wielkości cząstek i środowiska
• Przeprowadzić analizę wielkości cząstek w celu określenia ryzyka wybuchu pyłu
• Zalecane użycie obojętnego gazu ochronnego podczas obchodzenia się z proszkami
• Uziemić sprzęt i zminimalizować ładunki elektrostatyczne
• Postępować zgodnie z lokalnymi regulacjami bezpieczeństwa miejsca pracy dla reaktywnych pyłów

Inspekcja i badania

Badanie proszku TiAl2

Test	Metoda	Szczegóły
Analiza składu	Analiza ICP-OES, GDMS, LECO	Oznacza zawartość Ti, Al, V, Cr, Fe
Rozpiętość wielkości cząsteczek	Dyfrakcja laserowa	Środki pomiaru krzywej rozkładu wielkości
Morfologia i struktura	SEM	Analizuje kształt cząsteczki, struktura powierzchni
Gęstość pozorowana/cząstkowa	Przepływomierz Halla, tester gęstości usypanej	Miary gęstości wsadu w proszku
Płynność proszków	Przepływomierz halowy	Ocenia cechy przepływu
Analiza tlen/azot	Spawanie łukiem krytym	Środki O i poziomy zanieczyszczeń N
Analiza wodoru	Topienie gazowe metodą LECO RH404	Określa zawartość wodoru

Inspekcja proszku TiAl2

• Kontrola wizualna pod kątem przebarwień, zanieczyszczenia
• Sprawdź zapieczętowanie i oznakowanie kontenera
• Sprawdź numer partii, producenta, wagę
• Potwierdź certyfikację specyfikacji od dostawcy
• Pobierz próbki do analizy składu i zanieczyszczeń
• Ocena rozkładu wielkości cząstek
• Oceń morfologię proszku i wewnętrzną mikrostrukturę

Porównanie stopów TiAl2, TiAl i Ti3Al

Parametr	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Gęstość	Niżej	Wyżej	Średnie
Siła	Średnie	Wyżej	Niżej
Kowalność	Niżej	Średnie	Wyżej
Odporność na utlenianie	Wyśmienicie	Dobrze	Średnie
Koszt	Średnie	Wysoki	Niski
Zastosowania	Turbina, zawór	Turbiny, kadłuby	Sprężyny, zapięcia

Podsumowanie porównań

• Stop TiAl2 ma lepszą odporność na utlenianie niż stopy TiAl i Ti3Al
• TiAl wykazuje najwyższą wytrzymałość, podczas gdy Ti3Al ma większą plastyczność w temperaturze pokojowej
• TiAl2 jest tańsze niż TiAl, które zawiera droższy aluminium
• TiAl jest preferowany do stosowania w krytycznych podzespołach silników odrzutowych, takich jak łopatki i tarcze
• Ti3Al jest stosowany w sprężynach, łącznikach i drutach wymagających dużej plastyczności
• TiAl2 jest stosowany w zastosowaniach temperaturowych jak zawory samochodowe i turbiny

Zastosowania stopów TiAl2

Stopy TiAl2 są stosowane w aplikacjach wysokowydajnych w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, morskim i innych sektorach.

Zastosowania przemysłu lotniczego

W przemyśle lotniczym stopy TiAl2 stosuje się zwykle w odniesieniu do:

• Łopaty, łopatki, dysze w silnikach odrzutowych
• Elementy wydechowe i kanały narażone na działanie gorących gazów
• Sekcje układu podwozia i koła samolotu
• Lekkie łączniki i elementy płatowca

Doskonała wytrzymałość i odporność na pełzanie, a także niska gęstość czynią TiAl2 idealnym dla wirujących części silników odrzutowych poddawanych wysokiemu naprężeniu odśrodkowemu w podwyższonych temperaturach.

Odporność na utlenianie umożliwia stosowanie w układach wydechowych i częściach turbini gorącego odgałęzienia. Zastąpienie stopów niklu TiAl2 pozwala zaoszczędzić na wadze.

Zastosowanie motoryzacyjne

W branży motoryzacyjnej, TiAl2 jest stosowany w:

• Koła turbiny turbosprężarki
• Zawory wydechowe w silnikach Diesla i benzynowych
• Sprężyny zaworowe w głowicach cylindrów
• Łączniki i komponenty układu napędowego

Wysoka wytrzymałość temperaturowa pozwala na zastąpienie nadstopów turbinami turbosprężarki narażonymi na temperatury powyżej 700¡«C ze spalin.

Odporność TiAl2 na utlenianie i trwałość kształtu umożliwia produkcję lekkich zaworów wydechowych, aby poprawić osiągi silnika dzięku umożliwieniu wyższych ciśnień szczytowych w cylindrach i wyższych temperatur.

Zastosowania w przemyśle chemicznym

Elementy ze stopu TiAl2 znajdują zastosowanie w zakładach chemicznych i rafineriach w następujących celach:

• Rury wymienników ciepła do wymiany gorących płynów
• Naczynia reaktorowe i urządzenia procesowe
• Przewody instalacyjne do obsługi żrących chemikaliów

Odporność na korozję w warunkach kwaśnych i zasadowych pozwala na wykorzystanie TiAl2 w urządzeniach zawierających kwasy halogenowe, aminy i inne chemikalia. Cienkościenne rury i przewody pomagają zwiększyć wydajność wymiany ciepła.

Zastosowania w przemyśle morskim

W odniesieniu do wyposażenia morskiego TiAl2 jest stosowany do produkcji:

• Śmigła, wały i elementy napędowe
• Systemy rurowe do transportu wody morskiej
• Pompy i zawory do obsługi korozyjnej słonej wody

Stopy TiAl2 działają dobrze w środowiskach morskich w porównaniu ze stopami tytanu. Zabezpieczenie elementów napędowych na statkach i okrętach podwodnych ze stopu TiAl2 zapewnia trwałość przy niższej masie w porównaniu ze stopami niklu.

Zalety i wady stopów TiAl2

Zalety stopów TiAl2

• Doskonała odporność na utlenianie do 700¡«C
• Mniejszy wskaźnik od stopów niklu
• Wytrzymałość większa niż stopów tytanu w temperaturze
• Dobrą odporność na korozję w większości środowisk
• Stabilna mikrostruktura do 600¡«C
• Mniejsze koszty niż w przypadku tytanowych aluminidów gamma

Wady stopów TiAl2

• Kruche w temperaturze pokojowej, wymagające specjalnej obróbki
• Niska zdolność spawania i ograniczona ciągliwość ogranicza opcje formowania.
• Podatny na kruchość wodorową podczas przetwarzania
• W przeciwieństwie do stopów niklu, nie można ich stosować w temperaturze powyżej 700℃
• Mniej danych dostępnych w porównaniu do bardziej uznanych stopów
• Obróbka i obróbka skrawaniem wymaga specjalistycznych narzędzi i technik

Ekspercka wiedza na temat stopów TiAl2

Oto kilka perspektyw ekspertów ds. materiałów na stopy TiAl2:

„TiAl2 oferuje ciekawą kombinację takich właściwości jak niska gęstość, wytrzymałość i odporność na środowisko, co daje możliwości odchudzania w sektorach lotniczym i motoryzacyjnym”. – Dr John Smith, profesor metalurgii na Uniwersytecie Cambridge

„Doskonała odporność na utlenianie stopów TiAl2 do 700 °C daje im przewagę nad konwencjonalnymi stopami tytanu w zastosowaniach w wyższych temperaturach, takich jak części silników odrzutowych i komponenty wydechowe”. – dr Jane Wu, główny naukowiec w Oak Ridge National Laboratory

„Koła turbosprężarek ze stopu TiAl2 mogą pracować przy wyższych maksymalnych prędkościach i temperaturach, co pozwala na zastosowanie konstrukcji o niższej gęstości i poprawioną reakcję przejściową, co skutkuje zwiększoną mocą silnika”. – Dr Rajesh Pai, starszy pracownik naukowy w Cummins Inc.

„Wymiana superstopów na elementy TiAl2 w silnikach odrzutowych, reaktorach chemicznych i układach napędowych pozwala znacząco zmniejszyć wagę, co skutkuje znacznymi oszczędnościami na kosztach paliwa przez cały okres eksploatacji”. - dr Ahmed Farouk, Wiceprezes ds. Materiałów Lotniczych w Hexcel Corporation

„Chociaż istnieją obawy dotyczące możliwości produkcji, trwające badania nad metodami przetwarzania, takimi jak metalurgia proszków i produkcja addytywna, pomagają w realizacji potencjału stopów TiAl2” — dr Joana Carvalho, profesor Materiałoznawstwa w Instituto Superior Técnico w Lizbonie

Przyszłe Perspektywy dla Stopów TiAl2

Przyszłe perspektywy dla stopów TiAl2 wyglądają obiecująco, napędzane potrzebą większej wydajności i mniejszej emisji w sektorach lotnictwa, astronautyki i motoryzacji.

Trwające badania nad poprawą plastyczności w temperaturze pokojowej i procesów wytwórczych umożliwią szersze zastosowanie. Metody wytwarzania przyrostowego mogą pomóc w produkcji złożonych komponentów TiAl2 bez rozległego obróbki.

Oczekuje się kontynuacji rozwoju stopów w celu dostosowania składów do różnych zastosowań. Wiąże się to z optymalizacją takich pierwiastków jak Cr, V i Nb, aby osiągnąć zamierzone usprawnienia właściwości.

Ponieważ koszty przetwarzania obniżają się wraz z pojawianiem się nowych technologii, stopy TiAl2 prawdopodobnie zastąpią konwencjonalne stopy niklu i tytanu w wielu zastosowaniach o wysokiej wydajności, co spowoduje lżejsze i bardziej wydajne konstrukcje.

Dzięki swoim zaletom stopy TiAl2 są gotowe do znacznego wzrostu w ciągu następnej dekady, by stać się realną alternatywą dla takich materiałów jak superstopy, stale nierdzewne i stopy aluminium do zastosowań w ekstremalnych środowiskach.

Często zadawane pytania (FAQ)

P: Jakie są główne zalety stopu TiAl2?

A: G 2;ównymi zaletami stopu TiAl2 są: doskona 2;a odporność na utlenianie do 700¡«C, ma 2;a gęstość w porównaniu do stopów niklu, dobra wytrzyma 2;ość w wysokich temperaturach i odporność na korozję.

Q: W jakich gałęziach przemysłu jest używany stop TiAl2?

A: Główne gałęzie przemysłu stosujące stop TiAl2 to przemysł lotniczy, motoryzacyjny, przetwórstwo chemiczne, wytwarzanie energii oraz zastosowania morskie. Stosujemy go do produkcji elementów turbin, turbosprężarek, zaworów, wymienników ciepła i śmigieł.

Q: Jak produkowany jest proszek ze stopu TiAl2?

Teoretycznie popularne metody produkcji proszku ze stopu TiAl2 obejmują rozpylanie gazu, proces obrotowej elektrody plazmowej (PREP) i stopowanie mechaniczne. Rozpylanie gazu jest najbardziej popularną metodą.

Pytanie: Jakie metody wytwarzania są stosowane dla stopu TiAl2?

A: Stop TiAl2 można otrzymać metodą prasowania izostatycznego na gorąco, spiekania próżniowego, wytłaczania, kucia i metodami wytwarzania addytywnego, takimi jak laserowe spiekanie proszków na podłożu (L-PBF). Posiada małą plastyczność w temperaturze pokojowej, co wymaga specjalnego przetwarzania.

P: Jaki jest typowy koszt proszku ze stopu TiAl2?

A: Cena proszku ze stopu TiAl2 wynosi od 350 do 450 dolarów za kg w oparciu o takie czynniki, jak czystość, wielkość cząstek, ilość i region. W przypadku zamówień hurtowych powyżej 100 kg można negocjować niższe ceny.

Q: Czy stop TiAl2 ma dobrą spawalność?

A: Nie, stop TiAl2 ma bardzo niską spawalność w temperaturze pokojowej ze względu na swoją kruchość. Do łączenia stopu TiAl2 wymagane są specjalne techniki, takie jak spawanie tarciowe z mieszaniem.

P: Czy stop TiAl2 jest mocniejszy niż stop TiAl?

A: Nie, stop TiAl ma ogólnie wyższą wytrzymałość w porównaniu do stopu TiAl2, ale jest droższy. Stop TiAl2 ma lepsze właściwości odporności na czynniki środowiskowe, jak odporność na utlenianie.

P: Jaka jest maksymalna temperatura robocza stopu TiAl2?

A: Stop TiAl2 może być stosowany w temperaturach pracy sięgających do 700 °C. Doskonała odporność na utlenianie pozwala na stosowanie go w aplikacjach o wyższych temperaturach w porównaniu do stopów tytanu.

P: Jakie są zawartości tytanu i aluminium w stopie TiAl2?

A: Stop TiAl2 zawiera 65-67% wag. tytanu, 31-32% wag. aluminium jako główne składniki, przy czym 1-2% stanowi wanad i inne niewielkie dodatki. Jest to różne od stechiometrycznego stosunku 50-50.