Порошок TiAl3

Порошок TiAl3 представляет собой интерметаллическое соединение, состоящее из титана и алюминия. Он легкий, устойчив к окислению и выдерживает высокие температуры. Это делает его пригодным для использования в аэрокосмической, автомобильной, энергетической и других областях, где требуется высокая производительность.

Некоторые ключевые свойства и характеристики порошка TiAl3:

Свойства и характеристики порошка TiAl3

Химическая формула	TiAl3
Плотность	3,4 г/см3
Температура плавления	1395¡«C
Модуль Юнга	170 ГПа
Коэффициент термического расширения	11 · 10-6 К-1
Теплопроводность	29 Вт/м-К
Удельное электрическое сопротивление	125 × 10-2 м2
Коррозийная устойчивость	Прекрасно до 1000 мс

Порошок TiAl3 может быть получен различными методами, включающими газовую атомизацию, процесс плазменного вращающегося электрода (PREP) и механическое легирование. Размер частиц, морфология, состав, микроструктура и другие свойства зависят от способа производства.

Содержание титана обычно составляет 55–65 % по массе, а алюминий составляет баланс. Небольшие количества хрома, ниобия, углерода или кислорода могут присутствовать в количестве до 1 % максимум. Соотношение Тi:Al можно отрегулировать для оптимизации свойств.

Свойства порошка TiAl3

Имущество	Ценность
Плотность	3.7–4.0 г/см³
Температура плавления	1350 в. до н. э.
Теплопроводность	~20 Вт/м-К
Удельное электрическое сопротивление	125-185 x 8-cm
Модуль Юнга	160-180 ГПа
Коэффициент Пуассона	0.25-0.35
Коэффициент термического расширения	11-13 x 10<sup>-6</sup>?/¡«C

Ключевые свойства включают низкую плотность по сравнению с титановыми сплавами, высокую температуру плавления, умеренную теплопроводность и сохранение прочности и жесткости при высоких температурах.

Характеристики порошка TiAl3

Атрибут	подробности
Форма частиц	Преимущественно сферическая форма
Размер частиц	10–150 мкм
Текучесть	Хорошо
Кажущаяся плотность	~2,5 г/см³
Плотность при утрамбовке	~3,5 г/см3
Площадь поверхности	0,1-0,3 м2/г
Чистота	>99,5%

Порошок TiAl3 характеризуется сферической морфологией с гладкой поверхностью, хорошими характеристиками текучести и упаковки. Содержание кислорода и азота в нем невелико, что позволяет избежать охрупчивания.

Применение порошка TiAl3

Ниже перечислены некоторые основные области применения, в которых используются свойства TiAl3:

Применение порошка TiAl3 в аддитивном производстве

• Порошок TiAl3 используется в процессах послойного синтеза, таких как селективное лазерное плавление (SLM) и электронно-лучевое плавление (EBM) для изготовления сложных алюминотитановых компонентов для аэрокосмической техники и автомобилей.
• Он имеет более низкую реакционность и более простую возможность печати по сравнению с Ti6Al4V при помощи аддитивного производства с применением порошковой постели. Детали из материала TiAl3 обладают мелкой микроструктурой и механическими свойствами, которые сопоставимы с литейными и коваными сплавами.
• Современный материал с TiAl3 позволяет создавать облегченные конструкции, сокращать количество деталей и упрощать сборку лопаток турбин, колес турбонагнетателя, компонентов выхлопной системы и т. д.

Примеры применения порошка TiAl3 при термическом напылении

• Напыляемые термическим методом покрытия из порошка TiAl3 обеспечивают окислительную и коррозионную стойкость при высоких температурах лопаток турбин, направляющих лопаток, камер сгорания и т. д.
• Они имеют лучшую температурную стойкость, чем сплавы на никелевой основе и титановое покрытие. Покрытия TiAl3 могут работать в диапазоне температуры 700 - 900 °C.
• Нанесение покрытий с помощью высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF), плазменного напыления или напыления в расплавленном состоянии. Толщина покрытия обычно составляет 150-500 мкм.

Применение порошка TiAl3 в лазерной наплавке

• Порошок TiAl3 можно наплавлять с помощью лазера на основе из титановых или никелевых сплавов, формируя поверхностный защитный сплавной слой.
• Плакированный слой сообщает усиленные прочность при высокой температуре, устойчивость к окислению и износостойкость.
• Лазерная наплавка используется на компонентах воздушно-реактивных двигателей и наземных турбин, подверженных условиям горячей коррозии.

Спецификации порошка TiAl3

Порошок TiAl3 поставляется в нескольких стандартных сортах, соответствующих таким спецификациям, как:

Титановые сплавы с алюминием, составы порошков TiAl3

Класс	Ti в %	Al,% масс	Другое
Ti-45Al-3Nb	45%	Баланс	3% Nb
Ti-55Al	55%	Баланс	–
Ti-62Al	62%	Баланс	–

В большинстве случаев применяют составы на основе титана, например Ti-45Al, Ti-55Al или Ti-62Al, что отображает процентный состав титана. Могут присутствовать незначительные количества хрома или ниобия.

Распределение размера частиц порошка TiAl3

Размер частиц	Дистрибуция
-150 +45 Ã×м	Макс 5%
-45 +22 Ã ×м	40-60%
-22 Ã×м	Баланс

Типичные распределения частиц по величине для аддитивного производства центрированы около 22-45 А×м с минимальным количеством тонких частиц, меньших, чем 22 А×м. Более крупные частицы до 150 А×м используются для термического напыления.

Стандарты порошка TiAl3

• ASTM B821 - Стандарт по подготовке порошков и прессованных изделий из огнеупорных сплавов с помощью плазменных технологий
• AMS 4982 — Сварочные материалы для плазменного напыления, титановые алюминиды
• AMS 7008 - Порошок титанового алюминида для нанесения термических покрытий.

Производство порошка, отбор проб, испытания и приемка соответствуют промышленным стандартам для тугоплавких сплавов и титановых алюминидов.

По сравнению с другими обычно используемыми порошками TiAl3 имеет как преимущества, так и недостатки:

Сравнение порошка TiAl3 с другими порошками

Параметр	TiAl3	Ti6Al4V	AlSi10Mg
Плотность	Низкий	Выше	Низкий
Прочность при высокой температуре	Выше	Низкий	Значительно ниже
Коррозийная устойчивость	Отличный	Умеренный	Бедный
Теплопроводность	Выше	Низкий	Выше
Цена	Выше	Низкий	Низкий
Производительность	Сложнее	Легче	Легче
ПРИМЕНЕНИЯ	Космическая, автомобильная	Аэрокосмическая отрасль, биомедицина	Автомобилестроение, общее

• TiAl3 обладает большей прочностью, чем титановые сплавы, такие как Ti6Al4V, при температурах выше 600¡«C
• В сравнении с титановыми и алюминиевыми сплавами обеспечивает лучшую стойкость к окислению.
• Из-за высокого содержания алюминия дороже титановых сплавов
• Не так легко обрабатываемый механически или формуемый, как титановые сплавы при комнатной температуре
• Наиболее пригодны для высокотемпературных структурных применений

Понимая, в каких ситуациях TiAl3 превосходит или уступает другим системам сплавов, можно определить идеальные области применения, чтобы использовать его преимущества.

Поставщики порошка TiAl3

Порошок TiAl3 есть в свободной продаже у многих поставщиков по всему миру. Вот некоторые из крупных производителей:

Производители порошка TiAl3

Компания	Сорта продукции	Местоположение
AMETEK	TiAl3-100A, TiAl3-500	США
AP&C	TiAl3-230, TiAl3-360	Канада
Sandvik	Порошок TiAl3 Osprey	Швеция
TLS Технология	TiAl3-100A	Германия
Praxair	TiAl3-100A	США

Ценник порошка TiAl3

Класс	Размер частиц	Ценовой диапазон
TiAl3-100A	15-45 мкм	$450-$550/kg would be translated to Russian as "450-550 долларов за килограмм."
TiAl3-230	45–180 мкм	350-450 долларов за кг
TiAl3-500	10–45 мкм	$500-$600/кг

Цены зависят от объемов закупки, уровней чистоты, распределения размера частиц и морфологии. Также возможны индивидуальные составы сплавов, но стоимость будет выше.

Часто задаваемые вопросы

В: Какие методы можно использовать для производства порошка TiAl3?

A: Основными методами производства являются газовая атомизация, плазменная технология вращающихся электродов и механическое легирование. Каждый метод имеет свои особенности порошковых характеристик, которые подходят для различных применений.

В: Совместим ли TiAl3 с титановыми сплавами?

A: TiAl3 имеет очень ограниченную твердую растворимость в таких титановых сплавах, как Ti6Al4V. Не рекомендуется смешивать порошок TiAl3 с порошками титанового сплава из-за образования хрупких интерметаллических фаз.

Q: Какие легирующие добавки можно вводить в TiAl3?

А. Такие элементы, как Nb, Cr, Ni, Cu, были введены в сплав с TiAl3 для изменения микроструктуры и механических свойств. Однако избыточное легирование может отрицательно сказаться на стойкости к окислению.

В: В чем разница между порошком TiAl3, полученным методом PREP и газовго распыления?

A: Порошок PREP имеет мелкие сферические частицы, идеально подходящие для аддитивного производства, тогда как порошок, распылённый газом, имеет несколько более грубые, более рентабельные частицы, подходящие для прессования и спекания.

В: Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при обращении с порошком TiAl3?

A: Порошок TiAl3 огнеопасен и подвержен окислению. Необходимо носить соответствующие СИЗ, а обращение с порошком должно проводиться в инертной среде для предотвращения загрязнения. Воздействие влаги и кислорода снижает качество порошка.

Заключение

Вкратце, TiAl3 является важным высокотемпературным интерметаллическим материалом, доступным в порошкообразной форме для различных применений. Такие его свойства, как низкая плотность, прочность и стойкость к окислению при повышенных температурах, делают его пригодным для аэрокосмической, автомобильной и энергетической промышленности. Надлежащее обращение с порошком, его хранение и тестирование имеют решающее значение для получения свойств конечной детали. TiAl3 предлагает преимущества по сравнению с традиционными титановыми сплавами для применения в высокотемпературных конструкциях, несмотря на некоторые ограничения в механической обработке и пластичности при комнатной температуре. Проводимые в настоящее время исследования направлены на дальнейшее улучшение материала за счет легирования добавками и инновационных методов обработки.