Состав порошка из сплава TiNbZrSn

Сплав TiNbZrSn в порошковой форме состоит из следующих элементов:

Элемент	Весовые %
Титан (Ti)	35-40%
Ниобий (Nb)	35-40%
Цирконий (Zr)	5-10%
Олово (Sn)	5-10%

Это точное сочетание титана, ниобия, циркония и олова создает сплав с отличной прочностью, твердостью и эластичностью по сравнению с обычными сплавами. Особенно содержание ниобия значительно повышает механические свойства.

Тщательно контролируя соотношения составляющих металлов, можно оптимизировать свойства металлического порошка для различных применений, требующих высокой прочности и малого веса, коррозионной стойкости, биосовместимости или высокой термостойкости.

Свойства порошка сплава TiNbZrSn

Сплав TiNbZrSn обладает следующими исключительными свойствами:

Имущество	Описание
высокая прочность	Обеспечивает прочность более 1400 МПа, что сопоставимо с передовыми аэрокосмическими сплавами
Низкой плотности	Плотность около 6,5 г/см³, намного меньше стали
Превосходная эластичность	Модуль Юнга около 100 ГПа, обеспечивает гибкость
Высокая твердость	Твердость по Викерсу свыше 450 HV, улучшенная износостойкость по сравнению с нержавеющей сталью.
Хорошая стойкость к коррозии	Противостоит коррозии в агрессивной среде
биосовместимостью	Нетоксичный и подходящий для медицинских имплантатов
Высокая температура плавления	Плавится при более чем 2500°C, что делает его пригодным для применения при высоких температурах

Сочетание высокой прочности, легкий вес, твердость и упругость встречается довольно редко, что делает TiNbZrSn невероятно универсальным материалом. По многим свойствам он превосходит обычные сплавы вроде нержавеющей стали.

Производство порошка сплава TiNbZrSn

Сплав TiNbZrSn можно производить с использованием следующих передовых методов:

Метод	Описание
Газовая атомизация	Расплавленный сплав, распыляемый в мелкие капли, которые затвердевают, образуя порошок
Технология плазменно-вращающегося электрода (PREP)	Электрод быстро вращается в плазменной дуге, разлагаясь на порошок
Гидрид-дегидрид (HDH)	Сплав гидрируется, механически измельчается в порошок, затем дегидрируется

Газовая атомизация позволяет контролировать распределение размера частиц и формировать гладкий сферический порошок, который идеально подходит для аддитивного производства. Методы PREP и HDH позволяют экономично производить нерегулярный порошок, пригодный для прессования и спекания.

Состав сплава можно точно поддерживать с помощью этих процессов производства порошка, обеспечивая стабильные свойства. Атмосферы с высоким содержанием чистого инертного газа предотвращают загрязнение.

Применения порошка сплава TiNbZrSn

Благодаря хорошо сбалансированным механическим свойствам порошковый сплав TiNbZrSn используется в следующих областях:

Промышленность	Заявление
Аэрокосмическая отрасль	Компоненты для двигателей летательных аппаратов и ракет, космические системы
Автомобильный	Пружины клапанов, фиксаторы, актуаторы
Медицинский	Импланты, протезы, устройства
Защита	Броня, боеприпасы, баллистика.
аддитивное производство	3D-печатные детали высокой прочности
Химическая обработка	Сосуды и трубы с защитой от коррозии

Сочетание прочности, твердости и биосовместимости делает TiNbZrSn подходящим для несущих имплантируемых устройств, таких как тазобедренные и коленные суставы. Его коррозионная стойкость подходит для морских применений, подвергающихся воздействию морской воды. А его способность выдерживать высокие температуры является преимуществом в реактивных двигателях и турбинах.

В сравнении с традиционными сплавами TiNbZrSn делает возможным создать более легкие, прочные и износостойкие компоненты, что дает ему преимущество в требовательных отраслях

Характеристики порошка сплава TiNbZrSn

Порошок сплава TiNbZrSn доступен в продаже по следующим характеристикам:

Атрибут	подробности
Размер частиц	15-45 микрон, 45-106 микрон, 106-250 микрон
Форма частиц	Сферический, неправильной формы
Чистота	До 99,9%
Содержание кислорода	Ниже 2000 мг/л
Сорта порошка	5 класс 23, 23 ELI
Форма заявки	Рассыпчатый порошок, спечённые преформы

Доступен как сферический порошок, распыленный с применением газа, так и нерегулярный порошок из HDH или PREP. Более мелкий порошок 15–45 микрон подходит для аддитивного производства, где необходимы хороший поток и уплотнение. Более крупный порошок 106–250 микрон обычно прессуется и спекается.

Такие стандарты, как ASTM F1805 и ISO 5832, определяют пределы состава и требуемые свойства для порошка 23 ELI медицинского класса. Также могут быть изготовлены индивидуальные составы сплавов и размеры частиц для соответствия требованиям к применению.

Поставщики порошка сплава TiNbZrSn

Некоторые ведущие мировые поставщики порошка сплава TiNbZrSn включают:

Поставщик	Местоположение
AMETEK	США
CNPC Powder	Китай
GKN Hoeganaes	Европа
Технология LPW	Соединённое Королевство
Sandvik Osprey	Соединённое Королевство

У таких известных поставщиков, как эти, есть передовые собственные объекты по производству порошка с использованием газового распыления или процессов гидрирование-дегидрирование. По требованию они могут предоставить различные гранулометрические составы и настроить состав сплава.

Доступны партии для мелкосерийного прототипирования вплоть до больших коммерческих объемов. Поставщики осуществляют строгий контроль качества и испытания, чтобы гарантировать, что порошок соответствует спецификациям.

Цена порошка сплава TiNbZrSn

В качестве передового специального сплава порошок TiNbZrSn имеет более высокую цену:

Степень измельчения	Ценовой диапазон
5 класс	350–500 долларов за кг
Сорт 23	450-650 долларов за кг
Класс 23 ELI	$550-$750 за килограмм

Цена зависит от количества заказа, распределения размера частиц, формы и состава. Небольшие количества мелкого сферического порошка стоят дороже. Неправильный порошок и большие объемы партии обеспечивают экономию средств.

Цены в несколько раз превышают обычные сплавы, такие как порошок из нержавеющей стали 316L. Однако великолепные свойства оправдывают более высокую стоимость для критических приложений, требующих максимальной производительности.

Обращение с порошком сплава титано-ниобио-циркониево-оловянного сплава

Для безопасного применения порошкового сплава TiNbZrSn:

• Храните запечатанные контейнеры в прохладном сухом месте, чтобы предотвратить окисление и гидратацию
• Не допускать просыпи, т.к. скопление пыли взрывоопасно
• Заземлить оборудование для улавливания порошка и транспортные сосуды
• Работая с порошками, надевайте перчатки и используйте средства защиты органов дыхания
• Используйте неискрящие инструменты и вакуумные системы с защитным барьером из инертного газа
• При необходимости применяйте вентиляцию и вытяжку газов из источника

Из-за измельченного размера частиц порошок TiNbZrSn является воспламеняемым при рассеивании. Необходимо соблюдать правила обращения, установленные в протоколах безопасности. Рекомендуется автоматизированные системы управления камерами-перчатками и системы улавливания.

Проверка порошка сплава TiNbZrSn

Порошок сплава TiNbZrSn следует проверять на:

Параметр	Метод	Критерии приемки
Распределение размера частиц	Лазерная дифракция, просеивание	Соответствует заданному диапазону
Форма частиц	Сканирующая электронная микроскопия	Сферические, гладкие поверхности
Химия частиц	EDX/EDS, ICP-OES	Соответствует заданному составу
Кислород / Азот	Дуговая сварка в среде инертных газов	Менее 2000 м. д. кислорода
Кажущаяся плотность	Расходомер Холла	Лучший поток для более высокой плотности
Расход	Расходомер Холла	Свободно протекает через отверстие

Данные тесты гарантируют, что порошок соответствует спецификациям по размерам, форме, составу, чистоте и текучести, необходимых для производства в рамках добавочных операций или применения методов прессования и спекания.

Испытание порошкового сплава TiNbZrSn

Могут быть проведены следующие дополнительные испытания для оценки порошка сплава TiNbZrSn:

Тест	Метод	Цель
Сжимаемость	Одноосевое прессование	Оценить реакцию уплотнения
Прочность на сырой излом	Прочность на разрыв в поперечном направлении	Измерение прочности перед спеканием
Плотность после спекания	Измерение размеров	Обеспечить полную консолидацию
Микроструктура	Оптическая микроскопия, СЭМ	Оценить плавление, пористость, зерна
Твердость	Испытания Виккерса / Роквелла	Проверить механические свойства
Прочность на растяжение	ASTM E8	Измеряйте UTS, выход, относительное удлинение

Рекомендуется проводить испытания прессованных и спеченных образцов во избежание проблем при обработке порошков, а также для подтверждения соответствия механических свойств продуктов конечного назначения производственным требованиям.

**Плюсы и минусы порошкового сплава TiNbZrSn**

Преимущества	Недостатки
Исключительное отношение прочности к весу	В сравнении с обычными сплавами дорогой
Более высокая упругость по сравнению с другими высокопрочными сплавами	Меньшая пластичность, чем у титановых сплавов
Отлично твердость и износостойкость	Требуется осторожное обращение из-за реактивности
Противостоит коррозии в агрессивной среде	Трудно обрабатывать и шлифовать
Биосовместимый для медицинских целей	Ограниченное количество поставщиков и доступность
Выдерживает экстремально высокие температуры	Требуется горячее изостатическое прессование для полной консолидации

Для важнейших применений, где характеристики важнее стоимости, порошковый сплав TiNbZrSn обеспечивает свойства, недоступные при использовании других сплавов. Главными ограничениями являются стоимость и доступность.

Сравнение TiNbZrSn с другими сплавами

Чем порошки высокоэффективного сплава TiNbZrSn отличаются от других порошков?

Против нержавеющей стали:

• Прочность в 2 раза выше
• На 70% ниже плотность
• Твердость на 5 раз выше
• Улучшенная коррозионная стойкость

Против титановых сплавов:

• Упругость на 50% выше
• На 20% выше твердость
• Улучшенная жаропрочность
• Пониженная пластичность

В противовес сплавам на основе кобальта и хрома:

• Меньшая плотность
• Нет токсичных воздействий
• Более высокая рабочая температура
• Низкая прочность

По сравнению с сверхсплавами на основе никеля:

• Более простая обработка
• По более низкой цене
• Возможность работы при низких температурах
• Низкая прочность на ползучесть

Таким образом, TiNbZrSn отображает оптимальный баланс свойств, которые не встречаются в других сплавах, что делает его пригодным для самых требовательных применений.

Сведения об использовании порошка сплава TiNbZrSn

Вот несколько ключевых сведений об эффективном использовании TiNbZrSn:

• Газовый атомизированный порошок с контролируемым распределением размера частиц обеспечивает лучшую текучесть и прессование в AM
• Неправильный порошок требует более высокого давления для уплотнения и спекания
• Горячее изостатическое прессование позволяет добиться максимальной плотности и однородности характеристик
• Отжиг может использоваться для настройки пластичности и вязкости по мере необходимости
• Детали с формой, близкой к окончательной, сводят к минимуму затратную механическую обработку спеченных компонентов
• Поверхностные обработки улучшают износостойкость для области скользящих контактов
• Для соединения различных материалов с TiNbZrSn требуется выбирать подходящий процесс
• Жесткая квалификация поставщиков и тестирование помогают гарантировать качество и рабочие характеристики порошка

Понимание соотношений между обработкой-микроструктурой-свойствами имеет важное значение для реализации полного потенциала этого исключительного сплава.

Часто задаваемые вопросы

Вот несколько распространенных часто задаваемых вопросов о порошке сплава TiNbZrSn:

В: Совместим ли порошок TiNbZrSn с 3D-печатью?

A: Да, газовый распыленный TiNbZrSn с контролируемым размером частиц и высокой сферичностью может использоваться для процессов АМ с порошковым слоем и с направленным отложением энергии. Для достижения высокой плотности необходимо оптимизировать параметры.

В: Какой размер частиц является наилучшим для аддитивного производства?

A: рекомендуется размер 15-45 мкм, что обеспечивает хорошую текучесть и укладку порошка. Также с успехом печатают порошки большего размера, до 106 мкм, для некоторых применений, требующих более толстых слоев.

В: Требует ли TiNbZrSn горячее изостатическое прессование после AM?

А: ХИП позволяет максимально увеличить плотность, устранить внутренние поры и улучшить механические свойства. Но для некоторых менее требовательных применений детали TiNbZrSn, напечатанные на принтере, могут удовлетворять требованиям и без ХИП.

Вопрос: Вы можете обрабатывать и шлифовать сплав TiNbZrSn?

Да, но для этого необходимы жесткие настройки, охлаждающая жидкость под высоким давлением, твердосплавные инструменты с острыми режущими кромками и тонкие абразивы. Подачи и скорости должны быть ниже, чем для традиционных сплавов, из-за его твердости.

Q: Подходит ли TiNbZrSn для биомедицинских имплантатов?

A: Да, он используется для костных пластин, имплантатов тазобедренных и коленных суставов благодаря своей биосовместимости, низкому модулю упругости и высокой прочности, что идеально для устройств, выдерживающих нагрузку. Порошок марки 23 ELI обеспечивает необходимую чистоту.

В: Какие есть типовые способы использования сплава TiNbZrSn?

А: Авиационные компоненты, такие как шасси приземления, автомобильные пружины и крепежи, биомедицинские импланты, броневые листы, турбины для выработки электроэнергии, а также инструменты для формования и штамповки листового металла.

Заключение

В заключение, порошок сплава TiNbZrSn обладает выдающейся прочностью в сочетании с небольшой плотностью, эластичностью и твёрдостью как ни один другой известный сплав. Хотя стоимость выше, многие критически важные эксплуатационные области оправдывают затраты там, где необходимые свойства материала являются первостепенными. По мере увеличения доступности и продолжающихся инноваций уникальные возможности TiNbZrSn будут использоваться во всё большем количестве отраслей в ближайшие годы.