ผง TiNb Alloy

บทนำเกี่ยวกับผงโลหะผสมไทเทเนียมไนโอบีอัม

ผง TiNb ประกอบด้วยไทเทเนียมและ ไนโอเบียม โลหะ ให้การผสมผสานที่ไม่ซ้ำแบบใครระหว่างความแข็งแรงสูง ความหนาแน่นต่ำ ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ความต้านทานการกัดกร่อน ความล้า และความต้านทานการคืบที่อุณหภูมิสูง

โลหะผสม TiNb เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มวัสดุระหว่างโลหะไททาเนียมที่กว้างขึ้น ซึ่งมีสมบัติทางกายภาพ ทางเคมี และทางกลที่เหนือกว่าไททาเนียมบริสุทธิ์ การเติมไนโอเบียมเป็นธาตุเจือช่วยเพิ่มสมบัติบางประการและช่วยปรับแต่งโลหะผสม TiNb ให้เหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะ

ข้อดีหลักบางประการของผงโลหะผสม TiNb ได้แก่

• อัตราความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูง
• ความสามารถในการทนต่ออุณหภูมิและความเครียดขั้นรุนแรง
• ทนทานต่อการสึกหรอ รอยขีดข่วน และการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
• เข้ากันได้ทางชีวภาพและไม่เป็นพิษเพื่อการใช้ทางการแพทย์
• สามารถประมวลผลในรูปแบบที่ซับซ้อนได้โดยใช้การผลิตแบบเติม
• ให้ความยืดหยุ่นด้านการออกแบบแก่วิศวกร

โลหะผสม TiNb แข่งขันกับโลหะผสม Superalloys ซึ่งมีส่วนประกอบของนิกเกิลและโคบอลต์ในอุตสาหกรรมการบิน นอกจากนี้ TiNb ยังเป็นทางเลือกทดแทนโลหะผสมแสตนเลสสตีลสำหรับเครื่องมือและอุปกรณ์ทางการแพทย์ชีวภาพ โลหะผสม TiNb กำลังก่อให้เกิดการประยุกต์ใช้และการออกแบบใหม่ที่เป็นไปไม่ได้หากใช้โลหะผสมอื่น

บทความนี้เป็นการอ้างอิงทางเทคนิคที่ครอบคลุมส่วนประกอบ คุณสมบัติ กระบวนการ ผลประยุกต์ ข้อมูลจำเพาะ ต้นทุน และแง่มุมอื่นๆ ในทางปฏิบัติของผงโลหะผสม TiNb

ส่วนประกอบของผงโลหะผสม TiNb

โลหะผสม TiNb มีธาตุทิตาเนียมและไนโอเบียมเป็นองค์ประกอบสำคัญหลัก โดยปกติแล้วปริมาณไนโอเบียมจะอยู่ในช่วง 10% ถึง 50% โดยน้ำหนัก ส่วนที่เหลือคือทิตาเนียม

อัตราส่วนของ Ti ต่อ Nb สามารถปรับได้เพื่อสร้าง TiNb อัลลอยเกรดต่างๆ โดยจะปรับให้เหมาะสำหรับคุณสมบัติบางอย่าง โดย TiNb เกรดทั่วไปคือ:

• Ti-10Nb - ไนโอเบียม 10%, ไทเทเนียม 90%
• Ti-35Nb – ไนโอเบียม 35%, ไทเทเนียม 65%
• Ti-45Nb - ไนโอเบียม 45%, ไทเทเนียม 55%
• Ti-50Nb - ไนโอเบียม 50%, ไทเทเนียม 50%

นอกจากนั้น อาจมีการเพิ่มปริมาณของธาตุอื่นๆ เล็กน้อย เช่น ซิงโคเนียม แทนทาลัม โมลิบดีนัม โครเมียม เพื่อช่วยเพิ่มคุณสมบัติให้ดีขึ้นอีกด้วย ออกซิเจนและไนโตรเจนอาจมีอยู่ในรูปของสิ่งเจือปนได้เช่นกัน

ตาราง 1: องค์ประกอบทางเคมีของเกรดของโลหะผสม TiNb ทั่วไป

ระดับโลหะผสม	ปริมาณไนโอเบียม	ปริมาณไทเทเนียม
ไททาเนียม-10 นีโอเบียม	10%	90%
Ti-35Nb	35%	65%
Ti-45Nb	45%	55%
Ti-50Nb	50%	50%

การควบคุมองค์ประกอบเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ต้องการในผลิตภัณฑ์โลหะผสม TiNb ขั้นสุดท้าย เทคนิควิทยาผงโลหะช่วยการผสมธาตุโลหะที่ประกอบเข้าด้วยกันอย่างแม่นยำลงในหัวจ่ายผงโลหะผสม

คุณสมบัติของผงโลหะผสมไทเทเนียมไนโตรเจนโบรอน

โลหะผสม TiNb แสดงคุณสมบัติทางกายภาพ ทางกล และทางเคมีที่มีประโยชน์หลากหลาย ที่ทำให้เหมาะกับงานที่มีประสิทธิภาพสูง คุณสมบัติหลักบางประการ ได้แก่:

คุณสมบัติทางฟิสิกส์

• ความหนาแน่น– 4.5 ถึง 5.5 g/cm3 ต่ำกว่าเหล็กและโลหะผสมนิกเกิล
• จุดหลอมเหลว - 1550 ถึง 1750 องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ
• ความต้านทานไฟฟ้า – 0.5 - 0.6 µΩ·m สูงกว่าไทเทเนียมบริสุทธิ์
• การนำความร้อน - 6 ถึง 22 W/m.K ต่ำกว่าไทเทเนียม

คุณสมบัติเชิงกล

• ความแข็งแรงของแรงดึง – 500 ถึง 1,100 MPa เพิ่มขึ้นตามปริมาณของไนโอเบียม
• ความแข็งแรงที่ยอมรับได้ – 300 ถึง 900 MPa
• การยืดตัว - 10% ถึง 25%
• ความแข็ง - 200 ถึง 350 HV
• ความแข็งแกร่งในความล้า 400 ถึง 600 MPa

คุณสมบัติอื่นๆ

• ทนการกัดกร่อน - ดีเยี่ยมเนื่องจากชั้นออกไซด์ป้องกัน
• ความต้านทานการสึกหรอ – ดีกว่าไทเทเนียมเนื่องจากความแข็ง
• ความสามารถในการเข้ากันได้ทางชีวภาพ – ปลอดสารพิษและไม่ก่อให้เกิดอาการแพ้

โดยการปรับอัตราส่วน Ti/Nb คุณสมบัติต่างๆ เช่น ความแข็งแรง, ความเหนียว, ความแข็ง และโมดูลัสของความยืดหยุ่นสามารถปรับให้เหมาะสมตามความต้องการในการใช้งาน

ตารางที่ 2: คุณสมบัติทั่วไปของโลหะผสม Ti-35Nb

ทรัพย์สิน	มูลค่า
ความหนาแน่น	5.2 g/cm3
จุดหลอมเหลว	1,600¡«C
ความแข็งแรงเชิงดึง	650 MPa
จุดคราก	550 เมกะปาสคาล
การยืด	15%
โมดูลัสความยืดหยุ่น	60 จิกะปาสกาล
ความแข็ง	250 HV

การประยุกต์ใช้ผงโลหะผสมไทเทเนียมไนโตรเจนโบรอน

คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของ TiNb ทำให้เหมาะสำหรับงานยากๆ ในหลากหลายอุตสาหกรรม

อวกาศ

• ส่วนประกอบของเครื่องยนต์ - ใบมีด แผ่นดิสก์ ตัวล็อก
• ชิ้นส่วนตัวเครื่อง - เกียร์ลงจอด ปีก ลำตัวเครื่อง
• ระบบไฮดรอลิกส์ – ปั๊ม วาล์ว ตัวกระตุ้น

ยานยนต์

• สปริงวาล์ว, วาล์วเครื่องยนต์
• ก้านสูบ โรเตอร์เทอร์โบชาร์จเจอร์
• บริษัท Motor Racing Components

ชีวการแพทย์

• เครื่องมือปลูกถ่ายอวัยวะ– หัวเข่า สะโพก
• ทันตกรรมรากเทียม, ครอบฟัน
• เครื่องมือผ่าตัด
• อุปกรณ์ทางการแพทย์

อุตสาหกรรมเคมี

• เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, ปฏิกิริยา
• ปั๊ม วาล์ว ท่อ
• อุปกรณ์ป้องกันการกัดกร่อน

ใช้งานอื่นๆ

• สินค้ากีฬา เช่น ชุดกอล์ฟ เฟรมจักรยาน
• นาฬิกาและเครื่องประดับหรู
• คอนแทคไฟฟ้าและหัวต่อ
• ส่วนของเตาเผาอุณหภูมิสูง

การรวมกันของความแข็งแรง ความทนทานต่ออุณหภูมิ ความต้านทานการกัดกร่อน และความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ช่วยให้โลหะผสม TiNb สามารถแทนที่วัสดุที่หนักกว่าในอุตสาหกรรมเหล่านี้ได้

ตารางที่ 3: การใช้งาน TiNb ตามอุตสาหกรรมต่างๆ

อุตสาหกรรม	แอปพลิเคชัน
อวกาศ	ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ ชิ้นส่วนโครงเครื่องบิน ระบบไฮดรอลิก
ยานยนต์	สปริงวาล์ว, วาล์วเครื่องยนต์, ก้านสูบ
ชีวการแพทย์	การปลูกถ่าย ทันตกรรม เครื่องมือผ่าตัด อุปกรณ์
เคมี	ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน, เครื่องปฏิกรณ์, ปั๊ม, วาล์ว
อื่นๆ	อุปกรณ์กีฬา, นาฬิกา, หน้าสัมผัสไฟฟ้า, ชิ้นส่วนเตาเผา

การแปรรูปผง TiNb Alloy

สามารถผลิตผงอัลลอยของ TiNb โดยเส้นทางการประมวลผลที่แตกต่างกัน:

ผสมผงโลหะ

• ผงธาตุไทเทเนียมและธาตุไนโอเบียมจะผสมเข้าด้วยกันในปริมาณที่ต้องการ
• การผสมผงโลหะถูกผสมกันเชิงกลเพื่อก่อตัวเป็นผงอัลลอยด์ TiNb

การแปรสภาพเป็นอะตอมของแก๊ส

• โลหะผสม TiNb เมื่อหลอมตัวแล้วจะผ่านกระบวนการอะตอมด้วยแก๊สเฉื่อยเพื่อให้ได้เป็นทรงหยดละเอียด
• หยดของเหลวกลายเป็นของแข็งเป็นอนุภาคผงโลหะผสมทรงกลม

กระบวนการอิเล็กโทรดหมุนพลาสมา (PREP)

• ใช้กระแสพลาสมาละลายอิเล็กโทรดแท่ง TiNb และหมุนด้วยความเร็วสูง
• แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางทำให้ละอองกลายเป็นของแข็งและกลายเป็นอนุภาค

วิธีไฮไดรด์-ดีไฮไดรด์ (HDH)

• โลหะ Ti และ Nb ถูกแปลงเป็นผงไฮไดรด์เปราะ
• ผงไฮไดรด์จะถูกผสม ทำให้ปราศจากไฮโดรเจน บด และร่อน

ขนาดของอนุภาค สัณฐาน การไหล และโครงสร้างจุลภาคของผง สามารถควบคุมได้โดยเลือกกระบวนการผลิตที่เหมาะสม ซึ่งมีผลต่อคุณสมบัติขั้นสุดท้ายหลังการขึ้นรูป

ตาราง 4: วิธีการผลิตผงโลหะผสมไทเทเนียมไนโอบิอัม

วิธีการ	คำอธิบาย	ขนาดอนุภาค	สัณฐานวิทยา
การหลอมแบบเชิงกล	การผสมและการบดผง Ti และ Nb	10 - 50 ไมครอน	ไม่สม่ำเสมอ เป็นเหลี่ยม
การแปรสภาพเป็นอะตอมของแก๊ส	การทำให้เป็นละอองของอะตอมก๊าซเฉื่อยในโลหะผสมที่หลอมละลาย	15 - 150 ไมครอน	ทรงกลม
ขั้วไฟฟ้าแบบหมุนที่พลาสมา	การแยกตัวออกจากกันตามแนวแรงเหวี่ยงของอิเล็กโทรดที่หลอมละลาย	50 – 150 ไมครอน	ทรงกลม
กระบวนการ HDH	การทำให้เกิดการไฮไดรด์, การเอาออกไฮไดรด์, การบดผงผสมโดยการบดละเอียด	10 - 63 ไมครอน	ไม่สม่ำเสมอ เป็นเหลี่ยม

การทำให้ผงโลหะผสม TiNb กลายเป็นเนื้อเดียวกัน

สามารถแปลงผงโลหะผสม TiNb เป็นองค์ประกอบความหนาแน่นเต็มรูปแบบโดยใช้เทคนิคต่าง ๆ เหล่านี้:

การกดทับไอโซสถิตแบบร้อน (HIP)

• ผงที่หุ้มจะถูก HIPped ที่อุณหภูมิและแรงดันสูง

การเผาในสุญญากาศ

• ผงอัดแน่นและเผาในเตาเผาสูญญากาศ

การหลอมผงโลหะโดยใช้ประกายไฟฟ้า

• ผงถูกให้ความร้อนและอัดด้วยกระแสไฟ DC แบบชีพจรพร้อมๆ กัน

ขึ้นรูปโลหะด้วยการฉีด (MIM)

• ผงผสมกับสารยึดเหนี่ยวขึ้นรูป ขจัดสารยึดเหนี่ยว และเข้าเตาเผา

การผลิตแบบเติมเนื้อ

• เทคนิคการหลอมผลิดแบบแป้ง (PBF) (SLM, EBM) หรือการสะสมพลังงานแบบกำหนด (DED)

HIP และการเผาในสุญญากาศสามารถทำให้ได้ความหนาแน่นที่ใกล้เคียงความหนาแน่นสูงสุด ขณะที่ยังคงมีโครงสร้างจุลภาคละเอียด การผลิตเชิงเนื้อหาช่วยให้มีอิสระทางเรขาคณิตที่มากขึ้น กระบวนการรวมเข้าด้วยกันสามารถเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อให้ได้คุณสมบัติตามที่ต้องการ

ตาราง 5: เทคนิคการหลอมรวมผงโลหะผสม TiNb

วิธีการ	คำอธิบาย	ความหนาแน่น	โครงสร้างจุลภาค	เรขาคณิต
สะโพก	แรงดันสูง อุณหภูมิสูง	ความหนใกล้เต็มที่	ดี	รูปทรงที่เรียบง่าย
การเผาในสุญญากาศ	การหลอมด้วยเตาเผาสูญญากาศ	ความหนใกล้เต็มที่	ดี	รูปทรงที่เรียบง่าย
การหลอมผงโลหะโดยใช้ประกายไฟฟ้า	กระแสและความดันแบบพัลส์	ความหนาแน่นเต็มที่	Ultrafine	รูปทรงที่เรียบง่าย
การฉีดขึ้นรูปโลหะ	การขึ้นรูปแบบผง + สารประสาน	ความหนใกล้เต็มที่	Ultrafine	รูปร่างซับซ้อน
การผลิตแบบเติมเนื้อ	Powder bed fusion หรือ directed energy deposition	ความหนใกล้เต็มที่	หยาบ	รูปร่างซับซ้อน

ข้อกำหนดสำหรับผงโลหะผสม TiNb

ผงโลหะผสม TiNb มีจำหน่ายในคุณสมบัติจำเพาะต่างๆ ที่ออกแบบขึ้นมาสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน:

องค์ประกอบ: เกรดที่มีส่วนผสมไนโอเบียม 10% ถึง 50%

ขนาดของอนุภาค: 10 ถึง 150 ไมครอน

ลักษณะ กลม ไม่เป็นธรรมชาติ หรือผสม

วิธีการผลิต: การทำให้เป็นอะตอมของแก๊ส, HDH, การผสมธาตุ

ความบริสุทธิ์: ไททาเนียมมากกว่า 99.5%, ไนโอเบียมมากกว่า 99.8%

ปริมาณออกซิเจน: <2000 ppm

การไหล: อัตราการไหลของของเหลว > 23 วินาที/50 กรัม

ความหนาแน่นปรากฏ 2.5 g/cc

ความหนาแน่นเมื่อแตะ ¡Ô 3.5 g/cc

องค์ประกอบทางเคมี การกระจายของขนาดอนุภาค สัณฐานอัตราการไหล และความหนาแน่นเป็นคุณสมบัติที่มักระบุเอาไว้ โลหะผสมพิเศษและข้อกำหนดผงสามารถผลิตได้สำหรับการใช้งานเฉพาะ

ตารางที่ 6: ข้อมูลจำเพาะทั่วไปของผง Ti-35Nb ที่ได้รับจากการทำให้เป็นละอองด้วยก๊าซ

พารามิเตอร์	สเปก
องค์ประกอบของโลหะผสม	Ti-35Nb
ขนาดอนุภาค	15 ถึง 45 ไมครอน
สัณฐานวิทยา	ทรงกลม
วิธีการผลิต	การแปรสภาพเป็นอะตอมของแก๊ส
ความบริสุทธิ์	Ti >99.5%, Nb >99.8%
ปริมาณออกซิเจน	<1500 ppm
อัตราการไหล	> 38 วินาที/50 กรัม
ความหนาแน่นปรากฏ	¡Ô 2.7 g/cc
ความหนาแน่นที่แตะ ะ	¡Ô 4.2 ก/ซม³

ผู้จำหน่ายผงโลหะผสม TiNb

ผู้จัดการชั้นนำระดับโลกของผงโลหะผสมไทเทเนียม-ไนโอเบียม ได้แก่:

• AP&C - ผงโลหะผสมไททาเนียมและไนโอเบียม
• Atlantic Equipment Engineers – ผงทรงกลมและทรงเหลี่ยม
• TLS Technik - ผงโลหะผสมไทเทเนียม ไนโอเบียม ที่ทำให้เป็นอะตอมด้วยก๊าซ
• เทคโนโลยีโลหะ - ผงธาตุแบบผสมและผงโลหะผสมล่วงหน้า
• Sandvik Osprey – ผงทรงกลมอะตอมเชิงแก๊ส
• Carpenter Additive – ผงโลหะผสมเฉพาะบุคคล

ซัพพลายเออร์โลหะไทเทเนียมและโลหะไนโอเบียมยังมอบโลหะผสม TiNb ด้วย ทั้งโลหะผสมมาตรฐานและส่วนผสมแบบกำหนดเองสามารถหาได้จากผู้ผลิตผงเหล่านี้

ตารางที่ 7: ผู้จัดหาผงโลหะผสมไทเทเนียม-ไนโอเบียม

บริษัท	วัสดุ	วิธีการผลิต
AP&C	โลหะผสม Ti, Nb, TiNb	การแปรสภาพเป็นอะตอมของแก๊ส
Atlantic Equipment Engineers	โลหะผสม Ti, Nb, TiNb	การทำให้เป็นก๊าซปรมาณูและการผสม
TLS เทคนิค	โลหะผสมไททาเนียมไนโตรเจนโบรอน	การแปรสภาพเป็นอะตอมของแก๊ส
เทคโนโลยีโลหะ	โลหะผสมไททาเนียมไนโตรเจนโบรอน	ธาตุผสมระหว่างโลหะผสมล่วงหน้า
Sandvik Osprey	โลหะผสมไททาเนียมไนโตรเจนโบรอน	การแปรสภาพเป็นอะตอมของแก๊ส
Carpenter Additive	Custom TiNb Alloy	การแปรสภาพเป็นอะตอมของแก๊ส

ราคาผงโลหะผสม TiNb

ผงโลหะผสม TiNb มีราคาแพงกว่าผงไทเทเนียมหรือผงไนโอเบียมเดี่ยว ค่าใช้จ่ายขึ้นอยู่กับ:

• องค์ประกอบ – เนื้อหา Nb ที่สูงขึ้นเพิ่มค่าใช้จ่าย
• ความบริสุทธิ์ - ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นสำหรับความบริสุทธิ์ในระดับสูง
• ขนาด และการกระจายของอนุภาค
• วิธีการผลิต – ต้นทุนผงอะตอมไนซ์ของแก๊สมีความสูงกว่า
• ปริมาณการสั่งซื้อ - ปริมาณที่มากจะได้ต้นทุนที่ต่ำกว่า

ราคาที่บ่งบอกสำหรับผงโลหะผสม TiNb ในปริมาณน้อย:

• Ti-10Nb ราคา 100-300 ดอลลาร์/กิโลกรัม
• Ti-35Nb: 200 ถึง 500 ดอลลาร์ต่อกิโลกรัม
• Ti-50Nb: 300 ถึง 800 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม

ราคาถูกมากสำหรับการสั่งซื้อแบบขายส่งหลายร้อยกิโลกรัมหรือหลายตัน

ตารางที่ 8: ราคาที่คาดการณ์ไว้สำหรับผงโลหะผสม TiNb

โลหะผสม	ราคา ($/kg)
ไททาเนียม-10 นีโอเบียม	$100 – $300
Ti-35Nb	$200 – $500
Ti-50Nb	$300 – $800

การจัดการและการจัดเก็บผงโลหะผสม TiNb

เนื่องจาก TiNb alloy powder เป็นผงโลหะแบบมีปฎิกิริยา จึงต้องระมัดระวังเมื่อต้องจัดการกับผงโลหะนี้

• จัดเก็บในภาชนะปิดสนิทในบรรยากาศที่มีความเฉื่อยและแห้ง เพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและการปนเปื้อน
• หลีกเลี่ยงการสัมผัสกับออกซิเจน ความชื้น น้ำมัน วัตถุที่ติดไฟได้
• ป้องกันการสะสมของผงละเอียดบนพื้นผิวหรืออุปกรณ์
• ต่อสายดินเครื่องมือที่นำไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้ในการขนถ่าย
• ใช้เครื่องมือที่ไม่มีประกายไฟและลดการเกิดฝุ่น
• สวมถุงมือและหน้ากากป้องกันขณะจัดการ
• ใช้ระบบระบายอากาศที่ติดตั้งกับพื้น และหลีกเลี่ยงฝุ่น
• ห่างจากความร้อน เปลวไฟ ประกายไฟ และแหล่งจุดระเบิดอื่นๆ
• ปฏิบัติตามแผ่นข้อมูลความปลอดภัยสำหรับ PPE และมาตรการป้องกันที่เหมาะสม

ผงโลหะผสม TiNb มีอายุการเก็บรักษาโดยทั่วไปที่ 12 เดือน หากจัดเก็บอย่างเหมาะสมในบรรยากาศเฉื่อยที่แห้ง สภาพการเก็บรักษาที่ไม่เหมาะสม อาจนำไปสู่การเกิดออกซิเดชัน การสูญเสียการไหล หรืออันตรายจากการติดไฟได้

ตารางที่ 9: คำแนะนำการจัดการผงโลหะผสม TiNb

พารามิเตอร์	แนวทาง
ที่เก็บ	ภาชนะปิดบรรจุบรรยากาศเฉื่อยแห้ง
บรรยากาศ	หลีกเลี่ยงออกซิเจน, ความชื้น, น้ำมัน, สิ่งที่ติดไฟได้
อุปกรณ์	ทำให้เครื่องใช้ตัวนำไฟฟ้าทั้งหมดติดพื้น
เครื่องมือ	ใช้เครื่องมือที่ไม่เกิดประกายไฟ
การระบายอากาศ	ระบบระบายอากาศที่ใช้พื้นเป็นที่ในการระบาย
PPE	ถุงมือ อุปกรณ์ป้องกันระบบทางเดินหายใจ
ข้อควรระวัง	หลีกเลี่ยงความร้อนเปลวไฟประกายไฟ
อายุการใช้งาน	เก็บในภาชนะสุญญากาศนาน 12 เดือน

แผ่นข้อมูลความปลอดภัยของ TiNb Alloy Powder

เช่นเดียวกับผงโลหะปฏิกริยาอื่นๆ ข้อควรระมัดระวังเพื่อความปลอดภัยที่สำคัญบางประการสำหรับ TiNb อัลลอย:

• สวมชิ้นส่วนป้องกันส่วนบุคคล ถุงมือ อุปกรณ์ป้องกันดวงตา หน้ากากอนามัย/เครื่องช่วยหายใจ
• หลีกเลี่ยงการสูดฝุ่น - ใช้เครื่องป้องกันระบบทางเดินหายใจ
• หลีกเลี่ยงการสัมผัสผิวหนังและดวงตา
• ล้างมือให้สะอาดหลังจากหยิบผง
• หลีกเลี่ยงแหล่งกำเนิดประกายไฟ ผงอาจติดไฟได้
• ใช้การเดินสายดินและการระบายอากาศอย่างเหมาะสม
• บรรยากาศในการจัดเก็บที่เฉื่อยเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชัน
• หลีกเลี่ยงไม่ให้มีของตกหล่นหรือฝุ่นละอองเกาะบนพื้นผิว
• ปฏิบัติตามคำแนะนำบน SDS และฉลากเตือน

ปฐมพยาบาล

• การสูดดม: ย้ายไปสูดอากาศบริสุทธิ์ รับความช่วยเหลือทางการแพทย์หากจำเป็น
• การสัมผัสผิวหนัง: ล้างด้วยสบู่และน้ำ ขอความช่วยเหลือหากระคายเคืองยังคงอยู่
• การสัมผัสกับดวงตา: ชำระล้างดวงตาด้วยน้ำเป็นเวลา 15 นาที ไปพบแพทย์
• การกลืนกิน: ดื่มน้ำ รับการรักษาพยาบาลหากเกิดอาการไม่สบายตัว

โปรดดู SDS จากซัพพลายเออร์สำหรับข้อมูลสุขภาพและความปลอดภัยที่สมบูรณ์ก่อนจัดการและประมวลผงโลหะผสม TiNb

ตารางที่ 10: มาตรการความปลอดภัยหลักสำหรับผงโลหะผสม TiNb

รายการส่งเสริมความปลอดภัย	ข้อควรระวัง
PPE	ถุงมือแว่นตา หน้ากาก N95
การสูดดม	ใช้ระบบช่วยหายใจ
การสัมผัสผิว	ล้างบริเวณที่ได้รับผลกระทบด้วยสบู่และน้ำ
การสบตา	ล้างตาด้วยน้ำเป็นเวลา 15 นาที
การกลืน	ดื่มน้ำ หากจำเป็นควรหาแพทย์
การระบายอากาศ	ใช้เครื่องดูดควันติดพื้น
การต่อลงดิน	ตรวจสอบให้แน่ใจว่าปลั๊กอุปกรณ์ทุกชนิดได้ลงดินก่อนใช้งาน
การจุดระเบิด	หลีกเลี่ยงประกายไฟ เปลวไฟ แหล่งความร้อน
ที่เก็บ	บรรยากาศที่เฉื่อย ห่างไกลจากวัสดุไวไฟ

การตรวจสอบคุณภาพของผง TiNb

เพื่อให้มั่นใจว่าผงโลหะผสม TiNb เป็นไปตามข้อกำหนด ได้มีการตรวจสอบคุณภาพที่หลากหลายดังนี้

• การวิเคราะห์ทางเคมี?- การวิเคราะห์ ICP, GDMS หรือ LECO เพื่อยืนยันการประกอบและความบริสุทธิ์
• การวิเคราะห์ขนาดอนุภาค- Laser diffraction หรือ Sieve analysis เพื่อหาขนาดการกระจายตัว
• สัณฐานวิทยา?- การถ่ายภาพ SEM เพื่อตรวจสอบรูปร่างของอนุภาคและภูมิประเทศพื้นผิว
• อัตราการไหล? - การทดสอบการไหลของแป้งด้วยเครื่องวัดการไหลแบบฮอลล์
• ความหนาแน่น?- การวัดความหนาแน่นที่ปรากฏและความหนาแน่นการแตะ
• ออกซิเจน/ไนโตรเจน?- การวิเคราะห์ฟิวชั่นก๊าซเฉื่อยในธาตุเจือปนแบบแทรก
• การระบุขั้นตอน?- การวิเคราะห์ XRD เพื่อตรวจสอบเฟสที่ตรวจพบ

คุณสมบัติของผงจะได้รับการทดสอบในแต่ละชุดตามมาตรฐานคุณภาพ เช่น ASTM B939, ASTM F3049, EN 10204 3.1 สามารถผสมผงระหว่างหลายล็อตเพื่อให้มีความสม่ำเสมอ

ตารางที่ 11: วิธีการทดสอบ TiNb alloy powder

ทดสอบ	วิธีการ	มาตรฐาน
องค์ประกอบ	ICP, GDMS, LECO	ASTM E1479, ASTM E2330
การกระจายขนาดของอนุภาค	เลเซอร์กระจายตัว ตะแกรง	ASTM B822
สัณฐานวิทยา	ภาพถ่าย SEM	ASTM B822
อัตราการไหล	เครื่องวัดอัตราการไหลแบบฮอลล์	ASTM B213
ความหนาแน่น	โวลูมิเตอร์ของ Scott	ASTM B212
ออกซิเจน/ไนโตรเจน	การหลอมแบบใช้ก๊าซเฉื่อย	ASTM E1019
การวิเคราะห์เฟส	การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์	ASTM E1876

การใช้ไทเทเนียมไนโอเบียมในทางการแพทย์

เนื่องจากไทเทเนียมไนโอเบียมมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพ มีความแข็งแรงสูง มีโมดูลัสต่ำ จึงทำให้มีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายสำหรับอุปกรณ์และเครื่องมือทางการแพทย์

เครื่องมือช่วยผ่าตัดกระดูก

• การเปลี่ยนเข่าและสะโพก
• เพลทกระดูก, สกรู
• อุปกรณ์ตรึงกระดูกสันหลัง
• ทันตกรรมรากเทียมและสะพานฟัน

โลหะผสม TiNb เช่น Ti-35Nb และ Ti-45Nb มีโมดูลัสยืดหยุ่นที่เทียบเท่ากับกระดูกมนุษย์ จึงมีจุดแข็งที่ยืดหยุ่นสูง ซึ่งจะช่วยลดแรงต้านแรงกดได้เมื่อเทียบกับโลหะผสมไททาเนียมอื่นๆ ที่มีความแข็งมากกว่า

อุปกรณ์หัวใจและหลอดเลือด

• สเตนต์
• เคสเครื่องกระตุ้น
• ไกด์ไวร์
• เครื่องมือผ่าตัด

ความต้านทานต่อการกัดกร่อน ไม่มีพิษ และไม่เป็นแม่เหล็กของโลหะผสม TiNb ทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์ที่สัมผัสกับเลือดและเนื้อเยื่อ

เกรดโลหะผสม TiNb สำหรับการใช้ในทางการแพทย์

• Ti-10Nb ถึง Ti-50Nb
• Ti-Nb-Zr, Ti-Nb-Ta เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติ
• มาตรฐาน ISO 5832-11 และ ASTM F2066

โดยปกติแล้วจะใช้ไททาเนียม Ti-35Nb และ Ti-45Nb ที่มีโมดูลัสต่ำกว่า ไททาเนียมที่มี่ปริมาณ Nb สูงจะแข็งแรงขึ้นแต่จะเพิ่มโมดูลัส ส่วน Nb น้อยที่เติมเข้าไปนั้นจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติต่าง ๆ เพิ่มเติม

ข้อดีของ TiNb Alloy สำหรับการใช้ในทางการแพทย์

• การเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ยอดเยี่ยมและการรวมเข้ากับกระดูก
• มีความแข็งแรงสูง และทนต่อความล้า
• โมดูลัสต่ำ ใกล้กับกระดูก
• ปลอดสารพิษ ปลอดอาการแพ้
• ทนทานต่อการกัดกร่อน
• ไม่เป็นแม่เหล็ก

โลหะผสมไทเทเนียมไนโอบีม (TiNb) ให้การผสมผสานที่ดีที่สุดของความแข็งแรง ความเข้ากันทางชีวภาพ ความต้านทานการกัดกร่อน และโมดูลัสของความยืดหยุ่นสำหรับการปลูกถ่าย

ความท้าทายของชิ้นส่วนทางการแพทย์จากโลหะผสมไททาเนียมไนโตรบอไรด์

• งานกลึงและงานผลิตที่ยาก
• ราคาแพงกว่าโลหะผสม Ti-6Al-4V
• จำเป็นต้องมีการควบคุมคุณภาพและการทดสอบอย่างเข้มงวด
• ข้อมูลทางคลินิกในระยะยาวที่ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา

เนื่องจากอุปกรณ์จาก TiNb มีการใช้งานทางการแพทย์มาได้ไม่นานนัก กระบวนการผลิตและการอนุมัติสิทธิ์จึงค่อนข้างซับซ้อนกว่า แต่ข้อดีที่ได้รับก็มีมากกว่าความท้าทายในระยะสั้น

การใช้ TiNb Alloy ในยานยนต์

ความแข็งแรงสูง ทนความร้อน และความทนทานต่อความเมื่อยล้าของ TiNb อัลลอยทำให้วัสดุชนิดนี้ดึงดูดสำหรับชิ้นส่วนยานยนต์:

วาล์วสปริง

• แรงที่มากสามารถช่วยลดมวลสปริงได้
• ลดการลอยตัวของวาล์วที่รอบเครื่องสูง
• ช่วยเพิ่มกำลังเอาต์พุตที่สูงกว่า

วาล์วเครื่องยนต์

• ทนก๊าซไอเสียอุณหภูมิสูง
• ทนการสึกหรอและการเสียรูป
• น้ำหนักเบา

ก้านสูบ

• อัตราความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูง
• ลดมวลสลับ
• ให้รอบเครื่องยนต์และกำลังที่สูงขึ้น

โรเตอร์เทอร์โบชาร์จเจอร์

• สามารถรักษาความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูง
• ต้านทานแรงคืบรูปร่าง
• ทนต่อแรงกระแทกจากความร้อน
• ความหนาแน่นต่ำ

บริษัท Motor Racing Components

• ระบบกันสะเทือน น้ำหนักเบา ชิ้นส่วนของตัวถัง
• อายุการใช้งานแรงล้าที่เหนือกว่า

มวลลดลงและความเฉื่อยรวมกับอุณหภูมิและความทนทานจากความล้า ทำให้ประสิทธิภาพและประสิทธิผลของเครื่องยนต์สูงขึ้น

ความท้าทายของ TiNb Alloys เพื่อใช้ในยานยนต์

• ต้นทุนสูงกว่าโลหะผสมเหล็กกล้า
• ปัญหาการประมวลผลด้วยผงโลหะวิทยา
• ซัพพลายเออร์มีจำนวนจำกัดและประสบการณ์ด้านการผลิต
• อัตราราคาประโยชน์ไม่แน่นอน

ในตอนแร่นั้น ประสิทธิภาพอาจส่งเสริมการตั้งราคาพรีเมียมสำหรับยานยนต์ไฮเอนด์และมอเตอร์สปอร์ต การยอมรับในวงกว้างขึ้นขึ้นอยู่กับการที่ผู้ผลิตผง TiNb ลดต้นทุนลง

การใช้งานแก้วโลหะผสม TiNb ในทางอากาศยาน

โลหะผสมไทเทเนียมไนโอบีมแข่งขันกับโลหะผสมนิกเกิลสำหรับการใช้งานเครื่องยนต์และเครื่องบินที่ต้องใช้ความแข็งแรงในอุณหภูมิต่ำ

ส่วนประกอบของเครื่องยนต์

• ใบพัดกังหัน จาน อะไหล่
• ใบของคอมเพรสเซอร์
• แกนเพลา, ตัวยึด
• เครื่องหน่วงความเร็วแรงขับ

ส่วนโครงสร้าง

• ระบบลงจอด
• ปีก ซี่โครง สายค้ำ
• โครงตัวถังเครื่องบิน
• ท่อไฮดรอลิก

ประโยชน์

• มีความหนาแน่นต่ำกว่า Ni superalloys 30-50%
• ช่วยประหยัดน้ำหนัก
• มีความแข็งแรงและการต้านทานความยืดคล้ายกัน
• ทนต่อความเค้นและอุณหภูมิที่สูงได้

ความท้าทาย