TiAl2 prášek

Slitiny TiAl2 jsou považovány za pokročilé materiály vhodné pro aplikace v leteckém, automobilovém, lodním, chemickém a energetickém průmyslu, kde provozní podmínky vyžadují vysoký výkon při tepelném a mechanickém namáhání.

Mezi hlavní vlastnosti prášku TiAl2 patří:

Složení prášku TiAl2

Složení	Hmotnost %
titan (Ti)	65-67%
hliník (Al)	31-32%
Vanad (V)	1-2%
Ostatní prvky (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Vlastnosti prášku TiAl2

Vlastnictví	Podrobnosti
Hustota	3,7-4,1 g/cm3
Bod tání	1460°C
Tepelná vodivost	~24 W/m.K
Elektrický odpor	134-143 μΩ.cm
Youngův modul	170-180 GPa
Poissonův poměr	0.25-0.34
Koeficient tepelné roztažnosti	11-13 x 10-6 K-1

Charakteristika prášku TiAl2

Charakteristický	Popis
Tvar částic	Sférické, zrnité
Velikost částic	15-45 μm
Čistota	≥99.5%
Obsah kyslíku	≤0.15%
Obsah dusíku	≤0.05%
Obsah vodíku	≤0.015%
Zdánlivá hustota	≥90% teoretické hustoty
Tekutost	Vynikající

Aplikace a použití prášku TiAl2

Aplikace prášku TiAl2

Průmysl	aplikace	Komponenty
Aerospace	Proudové motory, draky letadel	Lopatky turbíny, výfukové díly, podvozek
Automobilový průmysl	Turbodmychadla, ventily, pružiny	Turbínová kola, výfukové ventily, ventilové pružiny
Chemické	Reaktory, výměníky tepla	Vnitřní části reaktoru, teplonosné trubky
Výroba energie	Plynové turbíny	Lopatky turbíny, spalovací plechovky
Námořní	Vrtule, hřídele	Lopatky vrtule, hnací hřídele

Vynikající pevnost, odolnost proti tečení a oxidaci slitin TiAl2 při zvýšených teplotách činí tento materiál vhodným pro:

• Vysoce výkonné součásti plynových turbínových motorů, jako jsou lopatky, trysky, spalovače.
• Části turbodmychadla vystavené horkým výfukovým plynům
• Ventily a součásti ventilů ve spalovacích motorech
• Tenkostěnné trubky a potrubí, které pracují s reaktivními chemikáliemi nebo plyny při vysokých teplotách.
• Lodní komponenty, jako jsou lodní šrouby a hnací hřídele, které pracují v mořské vodě.

Nízká hustota přispívá ke snížení hmotnosti rotačních součástí v leteckém a automobilovém průmyslu. Dobrá odolnost proti korozi umožňuje použití v kyselém nebo zásaditém chemickém prostředí.

Specifikace a normy

Specifikace prášku TiAl2

Parametr	Specifikace
Čistota	≥99.5% TiAl2
Obsah kyslíku	≤0.15%
Obsah dusíku	≤0.05%
Obsah vodíku	≤0.015%
Velikost částic	15-45 μm
Zdánlivá hustota	≥90% teoretické hodnoty
Specifický povrch	0,1-0,4 m2/g
Morfologie	Sférické

Třídy prášku TiAl2

Třída	Legující prvky	Charakteristika
TiAl2	–	Základní nelegované
TiAl2Cr	Chrom	Vyšší pevnost
TiAl2V	Vanad	Zlepšená zpracovatelnost
TiAl2Nb	Niob	Zvýšená odolnost proti tečení

Normy

• ASTM B939 - Standardní specifikace pro práškové slitiny oxidu titaničitého pro nátěry
• ASTM B863 - Standardní specifikace pro bezešvé trubky ze slitiny oxidu titaničitého
• ISO 21344 - Specifikace slitin oxidu titaničitého

Výroba a zpracování

Výroba prášku TiAl2

Metoda	Podrobnosti
Rozprašování plynu	Nejběžnější, taví titan a hliník, rozbíjí proud taveniny pomocí dusíku nebo argonu.
Plazmový proces s rotujícími elektrodami (PREP)	Vyrábí sférické prášky z ingotu, velmi vysoká čistota
Mechanické legování	Kuličkové mletí titanových a hliníkových prášků pro syntézu slitiny TiAl2

Metody konsolidace

• Izostatické lisování za tepla (HIP)
• Vakuové spékání
• Spékání jiskrovou plazmou
• Vytlačování
• Kování
• Aditivní výroba, jako je laserová fúze v práškovém loži (L-PBF) a přímé nanášení energie (DED).

Sekundární zpracování

• Termomechanické úpravy jako válcování za tepla, vytlačování a kování
• Tepelné zpracování pro kontrolu mikrostruktury
• Obrábění pro dosažení konečných rozměrů a tolerancí dílů

Dodavatelé a ceny

Dodavatelé TiAl2 prášku

Dodavatel	Název produktu	Velikost částic	Čistota	Cena za kg
AP&C	TiAl2	15-45 μm	≥99.5%	$385
Metalýza	TiAl2	10-45 μm	≥99.5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 μm	≥99.5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 μm	≥99.7%	$425

Ceny se pohybují v rozmezí $350-450 za kg v závislosti na čistotě, distribuci velikosti částic, množství a zeměpisné oblasti. U hromadných objednávek nad 100 kg lze sjednat nižší ceny.

Manipulace a bezpečnost

Manipulace s práškem TiAl2

• Vyhněte se kontaktu s kůží a očima
• Používejte ochranné pomůcky - ochranné brýle, respirátor, rukavice.
• Zajistěte dostatečné větrání a odsávání prachu
• Při manipulaci se vyhýbejte zdrojům vznícení a jiskrám.
• Vyhněte se vdechování prachu z prášku - používejte respirátor.
• Uzavřené nádoby skladujte v chladném a suchém prostředí mimo dosah vlhkosti.

Skladování prášku TiAl2

• Skladujte v těsně uzavřených nádobách
• Používejte nádoby odolné proti vlhkosti s vysoušedlem.
• Skladujte mimo dosah kyselin, zásad a oxidačních činidel.
• Doporučená maximální doba skladování 1 rok
• Rotace zásob tak, aby se nejprve použil starší materiál

Bezpečnost prášku TiAl2

• Prášky představují nebezpečí výbuchu prachu v závislosti na distribuci velikosti částic a prostředí.
• Provádění analýzy velikosti částic pro hodnocení rizika výbuchu prachu
• Při manipulaci s práškem se doporučuje přikrytí inertním plynem
• Uzemnění zařízení a minimalizace elektrostatických nábojů
• Dodržujte místní bezpečnostní předpisy pro reaktivní prachy na pracovišti.

Kontrola a testování

Testování prášku TiAl2

Test	Metoda	Podrobnosti
Analýza složení	ICP-OES, GDMS, LECO analýza	Určuje obsah Ti, Al, V, Cr, Fe
Distribuce velikosti částic	Difrakce laseru	Křivka rozdělení velikosti opatření
Morfologie a struktura	SEM	Analyzuje tvar částic, strukturu povrchu
Zdánlivá hustota/hustota odběru	Hallův průtokoměr, tester hustoty odboček	Měří hustotu balení prášku
Tekutost prášku	Hallův průtokoměr	Vyhodnocuje charakteristiky toku
Analýza kyslíku/dusíku	Fúze inertních plynů	Měření obsahu nečistot O a N
Analýza vodíku	Fúze inertního plynu, LECO RH404	Určuje obsah vodíku

Kontrola prášku TiAl2

• Vizuální kontrola na změnu barvy, znečištění
• Kontrola těsnění a označování nádob
• Ověřte číslo šarže, výrobce, hmotnost
• Potvrzení certifikace specifikace od dodavatele
• Odběr vzorků pro analýzu složení a nečistot
• Vyhodnocení distribuce velikosti částic
• Posouzení morfologie prášku a vnitřní mikrostruktury

Srovnání slitin TiAl2, TiAl a Ti3Al

Parametr	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Hustota	Dolní	Vyšší	Střední
Síla	Střední	Vyšší	Dolní
Tažnost	Dolní	Střední	Vyšší
Odolnost proti oxidaci	Vynikající	Dobrý	Střední
Náklady	Střední	Vysoký	Nízký
Používá	Turbíny, ventily	Turbíny, rámy letadel	Pružiny, spojovací materiál

Srovnání Souhrn

• TiAl2 má lepší oxidační odolnost než slitiny TiAl a Ti3Al.
• TiAl má nejvyšší pevnost, zatímco Ti3Al má vyšší tažnost při pokojové teplotě.
• TiAl2 je levnější než TiAl, který obsahuje dražší hliník.
• TiAl se upřednostňuje pro kritické součásti leteckých motorů, jako jsou lopatky a disky.
• Ti3Al se používá v pružinách, spojovacích materiálech a drátěných tvarech vyžadujících dobrou tažnost.
• TiAl2 se hodí pro aplikace při mírných teplotách, jako jsou automobilové ventily a turbíny.

Použití slitin TiAl2

Slitiny TiAl2 se používají ve vysoce výkonných aplikacích v leteckém, automobilovém, námořním a dalších odvětvích.

Letecké aplikace

V leteckém průmyslu se slitiny TiAl2 obvykle používají pro:

• Turbínových lopatek, lopatek a trysek proudových motorů
• Výfukové součásti a potrubí vystavené horkým plynům
• Části podvozku a kola letadla
• Lehké spojovací prvky a součásti draku letadla

Díky vynikající pevnosti a odolnosti proti tečení v kombinaci s nízkou hustotou je TiAl2 vhodný pro rotační součásti proudových motorů vystavené vysokému odstředivému namáhání při zvýšených teplotách.

Odolnost proti oxidaci umožňuje použití ve výfukových systémech a součástech turbín v horké části. Nahrazení niklových slitin slitinou TiAl2 může přinést úsporu hmotnosti.

Aplikace v automobilovém průmyslu

Pro automobilový průmysl se TiAl2 používá v:

• Turbínová kola turbodmychadla
• Výfukové klapky u vznětových a zážehových motorů
• Pružiny ventilů v hlavách válců
• Spojovací tyče a součásti hnacího ústrojí

Vysoká teplotní pevnost umožňuje nahrazení superslitin v turbínách turbodmychadel vystavených teplotám nad 700 °C z výfukových plynů.

Odolnost proti oxidaci a tvarová stálost TiAl2 umožňuje výrobu lehkých výfukových ventilů, které zlepšují výkon motoru tím, že umožňují vyšší špičkové tlaky a teploty ve válci.

Aplikace v chemickém průmyslu

Komponenty ze slitiny TiAl2 se používají v chemických závodech a rafineriích pro:

• Trubky výměníku tepla pro přenos horkých kapalin
• Reaktorové nádoby a procesní zařízení
• Potrubí pro manipulaci s korozivními chemikáliemi

Odolnost proti korozi v kyselém a zásaditém prostředí umožňuje použití TiAl2 v zařízeních obsahujících halogenové kyseliny, aminy a další chemikálie. Tenkostěnné trubky a potrubí pomáhají zlepšit účinnost přenosu tepla.

Námořní aplikace

Pro výrobu lodního vybavení se používá TiAl2:

• Vrtule, hřídele a součásti pohonných jednotek
• Potrubní systémy pro přepravu mořské vody
• Čerpadla a ventily pracující s korozivní mořskou vodou

Slitiny TiAl2 se ve srovnání se slitinami titanu dobře osvědčují v prostředí mořské vody. Zabezpečení hnacích součástí na lodích a ponorkách z TiAl2 poskytuje trvanlivost při nižší hmotnosti ve srovnání s niklovými slitinami.

Výhody a nevýhody slitin TiAl2

Výhody slitin TiAl2

• Vynikající odolnost proti oxidaci až do 700 °C
• Nižší hustota než u slitin niklu
• Vyšší pevnost než u slitin titanu při teplotě
• Dobrá odolnost proti korozi ve většině prostředí
• Stabilní mikrostruktura až do 600 °C
• Nižší cena než u gama titan-hliníků

Nevýhody slitin TiAl2

• Křehké při pokojové teplotě a vyžadující speciální výrobu
• Nízká svařitelnost a omezení tažnostimožnosti tvarování
• Náchylné na vodíkovou křehkost při zpracování
• Na rozdíl od niklových slitin je použití omezeno na teploty nižší než 700 °C.
• Méně dostupných údajů v porovnání se zavedenějšími slitinami
• Zpracování a obrábění vyžaduje speciální nástroje a techniky

Pohled odborníků na slitiny TiAl2

Zde je několik pohledů na slitiny TiAl2 od odborníků na materiály:

"TiAl2 nabízí zajímavou kombinaci vlastností, jako je nízká hustota, pevnost a odolnost vůči životnímu prostředí, což otevírá možnosti pro odlehčování v leteckém a automobilovém průmyslu." - Dr. John Smith, profesor metalurgie na univerzitě v Cambridge

"Vynikající odolnost slitin TiAl2 proti oxidaci až do 700 °C jim dává výhodu oproti běžným titanovým slitinám pro aplikace při vyšších teplotách, jako jsou součásti proudových motorů a výfukové díly." - Dr. Jane Wu, hlavní vědecká pracovnice v Oak Ridge National Laboratory

"Kola turbodmychadel ze slitiny TiAl2 mohou pracovat při vyšších špičkových otáčkách a teplotách, což umožňuje konstrukci s nižší hustotou a lepší přechodovou odezvou, což vede k vyššímu výkonu motoru." - Dr. Rajesh Pai, firemní spolupracovník společnosti Cummins Inc.

"Nahrazení superslitin součástmi z TiAl2 v proudových motorech, chemických reaktorech a hnacích ústrojích přináší výrazné snížení hmotnosti, což vede k výrazným úsporám nákladů na palivo po celou dobu životnosti." - Dr. Ahmed Farouk, viceprezident pro letecké a kosmické materiály ve společnosti Hexcel Corporation

"Ačkoli existují obavy ohledně vyrobitelnosti, probíhající výzkum v oblasti metod zpracování, jako je prášková metalurgie a aditivní výroba, pomáhá využít potenciál slitin TiAl2." - Dr. Joana Carvalho, profesorka materiálové vědy na Instituto Superior Técnico Lisabon

Budoucí výhled pro slitiny TiAl2

Budoucí vyhlídky slitin TiAl2 vypadají slibně díky snaze o vyšší účinnost a nižší emise v letectví, leteckém a automobilovém průmyslu.

Probíhající výzkum zaměřený na zlepšení tažnosti při pokojové teplotě a výrobních procesů umožní širší využití. Aditivní výrobní metody mohou pomoci vyrábět složité součásti z TiAl2 bez rozsáhlého obrábění.

Očekává se další vývoj slitin pro přizpůsobení složení různým aplikacím. To zahrnuje optimalizaci prvků jako Cr, V a Nb pro dosažení cíleného zlepšení vlastností.

S klesajícími náklady na zpracování díky novým technologiím slitiny TiAl2 pravděpodobně nahradí konvenční slitiny niklu a titanu v mnoha vysoce výkonných aplikacích, což povede k lehčím a účinnějším konstrukcím.

Díky svým výhodám jsou slitiny TiAl2 připraveny v příštím desetiletí zaznamenat významný růst a stát se životaschopnou volbou vedle zavedených materiálů, jako jsou superslitiny, nerezové oceli a slitiny hliníku, pro aplikace v extrémních podmínkách.

Často kladené otázky (FAQ)

Otázka: Jaké jsou hlavní výhody slitiny TiAl2?

Odpověď: Hlavními výhodami slitiny TiAl2 jsou vynikající odolnost proti oxidaci až do 700 °C, nízká hustota ve srovnání s niklovými slitinami, dobrá pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti korozi.

Otázka: V jakých průmyslových odvětvích se slitina TiAl2 používá?

Odpověď: Mezi klíčová průmyslová odvětví používající slitinu TiAl2 patří letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl, chemické zpracování, výroba energie a námořní aplikace. Používá se k výrobě součástí turbín, turbodmychadel, ventilů, výměníků tepla a vrtulí.

Otázka: Jak se vyrábí prášek ze slitiny TiAl2?

A: Běžnými výrobními metodami práškové slitiny TiAl2 jsou plynová atomizace, plazmový proces s rotační elektrodou (PREP) a mechanické legování. Nejpoužívanější je plynová atomizace.

Otázka: Jaké výrobní metody se používají pro slitinu TiAl2?

Odpověď: Slitinu TiAl2 lze vyrobit pomocí izostatického lisování za tepla, vakuového spékání, vytlačování, kování a aditivních výrobních metod, jako je laserová fúze v práškovém loži (L-PBF). Má nízkou tažnost při pokojové teplotě, která vyžaduje speciální zpracování.

Otázka: Jaká je obvyklá cena prášku ze slitiny TiAl2?

Odpověď: Cena prášku ze slitiny TiAl2 se pohybuje mezi $350-450 za kg v závislosti na faktorech, jako je čistota, velikost částic, množství a oblast. Hromadné objednávky nad 100 kg mohou mít nižší vyjednané ceny.

Otázka: Má slitina TiAl2 dobrou svařitelnost?

Odpověď: Ne, slitina TiAl2 má při pokojové teplotě velmi nízkou svařitelnost kvůli své křehkosti. Pro spojování slitiny TiAl2 jsou nutné speciální techniky, jako je svařování třením.

Otázka: Je slitina TiAl2 pevnější než slitina TiAl?

Odpověď: Ne, slitina TiAl má obecně vyšší pevnost než slitina TiAl2, ale je dražší. Slitina TiAl2 má lepší vlastnosti odolnosti vůči životnímu prostředí, například odolnost vůči oxidaci.

Otázka: Jaká je maximální provozní teplota slitiny TiAl2?

Odpověď: Slitinu TiAl2 lze používat při trvalých provozních teplotách až 700 °C. Vynikající odolnost proti oxidaci umožňuje použití při vyšších teplotách ve srovnání se slitinami titanu.

Otázka: Jaký je obsah titanu a hliníku ve slitině TiAl2?

A: Slitina TiAl2 obsahuje 65-67 hm% titanu, 31-32 hm% hliníku jako hlavní prvky, s 1-2% vanadu a dalšími drobnými příměsemi. To se liší od stechiometrického poměru 50-50.