TiAl2-Pulver

TiAl2-Legierungen gelten als fortschrittliche Werkstoffe für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Schifffahrt, in der chemischen Industrie und in der Energieerzeugung, wo die Betriebsbedingungen hohe Leistungen bei thermischer und mechanischer Beanspruchung erfordern.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von TiAl2-Pulver gehören:

TiAl2-Pulver-Zusammensetzung

Zusammensetzung	Gewicht %
Titan (Ti)	65-67%
Aluminium (Al)	31-32%
Vanadium (V)	1-2%
Andere Elemente (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

TiAl2-Pulver Eigenschaften

Eigentum	Einzelheiten
Dichte	3,7-4,1 g/cm3
Schmelzpunkt	1460°C
Wärmeleitfähigkeit	~24 W/m.K
Elektrischer Widerstand	134-143 μΩ.cm
Elastizitätsmodul	170-180 GPa
Poissonsche Zahl	0.25-0.34
Koeffizient der thermischen Ausdehnung	11-13 x 10-6 K-1

Eigenschaften von TiAl2-Pulver

Charakteristisch	Beschreibung
Partikelform	kugelförmig, körnig
Partikelgröße	15-45 μm
Reinheit	≥99.5%
Sauerstoffgehalt	≤0,15%
Stickstoffgehalt	≤0,05%
Wasserstoffgehalt	≤0,015%
Scheinbare Dichte	≥90% der theoretischen Dichte
Fließfähigkeit	Ausgezeichnet

Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von TiAl2-Pulver

TiAl2-Pulver Anwendungen

Industrie	Anmeldung	Komponenten
Luft- und Raumfahrt	Düsentriebwerke, Flugzeugzellen	Turbinenschaufeln, Auspuffteile, Fahrwerk
Automobilindustrie	Turbolader, Ventile, Federn	Turbinenräder, Auslassventile, Ventilfedern
Chemisch	Reaktoren, Wärmetauscher	Reaktoreinbauten, Wärmeübertragungsrohre
Stromerzeugung	Gasturbinen	Turbinenschaufeln, Verbrennungsdosen
Marine	Propeller, Wellen	Propellerblätter, Antriebswellen

Die ausgezeichnete Festigkeit, Kriechfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit von TiAl2-Legierungen bei erhöhten Temperaturen machen das Material geeignet für:

• Komponenten von Hochleistungs-Gasturbinentriebwerken wie Schaufeln, Düsen, Brennkammern
• Teile des Turboladers, die heißen Abgasen ausgesetzt sind
• Ventile und Ventilkomponenten in Verbrennungsmotoren
• Dünnwandige Rohre und Rohrleitungen für reaktive Chemikalien oder Gase bei hohen Temperaturen
• Schiffskomponenten wie Propeller und Antriebswellen, die in Meerwasser betrieben werden

Die geringe Dichte trägt zur Gewichtseinsparung bei rotierenden Bauteilen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie bei. Die gute Korrosionsbeständigkeit ermöglicht den Einsatz in sauren oder basischen chemischen Umgebungen.

Spezifikationen und Normen

TiAl2-Pulver Spezifikationen

Parameter	Spezifikation
Reinheit	≥99.5% TiAl2
Sauerstoffgehalt	≤0,15%
Stickstoffgehalt	≤0,05%
Wasserstoffgehalt	≤0,015%
Partikelgröße	15-45 μm
Scheinbare Dichte	≥90% der theoretischen
Spezifische Oberfläche	0,1-0,4 m2/g
Morphologie	Sphärisch

TiAl2-Pulver-Sorten

Klasse	Legierungselemente	Merkmale
TiAl2	–	Basis unlegiert
TiAl2Cr	Chrom	Höhere Festigkeit
TiAl2V	Vanadium	Verbesserte Verarbeitbarkeit
TiAl2Nb	Niobium	Erhöhte Kriechstromfestigkeit

Normen

• ASTM B939 - Standardspezifikation für Titanaluminid-Legierungspulver für Beschichtungen
• ASTM B863 - Standardspezifikation für nahtlose Rohre aus Titanaluminid-Legierungen
• ISO 21344 - Spezifikation von Titanaluminid-Legierungen

Herstellung und Verarbeitung

Produktion von TiAl2-Pulver

Methode	Einzelheiten
Gaszerstäubung	Am weitesten verbreitet, schmilzt Titan und Aluminium, bricht den Schmelzstrom mit Stickstoff oder Argon auf
Verfahren mit rotierenden Plasmaelektroden (PREP)	Produziert kugelförmige Pulver aus Barren, sehr hohe Reinheit
Mechanisches Legieren	Kugelmahlen von Titan- und Aluminiumpulvern zur Herstellung einer TiAl2-Legierung

Konsolidierungsmethoden

• Heißisostatisches Pressen (HIP)
• Vakuum-Sintern
• Funkenplasmasintern
• Extrusion
• Schmieden
• Additive Fertigung wie Laser-Pulverbett-Fusion (L-PBF) und direkte Energieabscheidung (DED)

Sekundäre Verarbeitung

• Thermomechanische Behandlungen wie Warmwalzen, Strangpressen und Schmieden
• Wärmebehandlungen zur Kontrolle des Mikrogefüges
• Bearbeitung zum Erreichen der endgültigen Abmessungen und Toleranzen der Teile

Lieferanten und Preisgestaltung

TiAl2-Pulver Lieferanten

Anbieter	Produktname	Partikelgröße	Reinheit	Preis pro kg
AP&C	TiAl2	15-45 μm	≥99.5%	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 μm	≥99.5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 μm	≥99.5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 μm	≥99.7%	$425

Die Preise variieren von $350-450 pro kg je nach Reinheit, Korngrößenverteilung, Menge und geografischer Region. Für Großaufträge über 100 kg können niedrigere Preise ausgehandelt werden.

Handhabung und Sicherheit

Handhabung von TiAl2-Pulver

• Vermeiden Sie den Kontakt mit Haut und Augen
• Schutzausrüstung tragen - Schutzbrille, Atemschutzmaske, Handschuhe
• Für ausreichende Belüftung und Staubabsaugung sorgen
• Zündquellen und Funken bei der Handhabung vermeiden
• Vermeiden Sie das Einatmen von Pulverstaub - verwenden Sie eine Atemschutzmaske
• Versiegelte Behälter kühl, trocken und vor Feuchtigkeit geschützt lagern

Lagerung von TiAl2-Pulver

• In dicht verschlossenen Behältern aufbewahren
• Verwenden Sie feuchtigkeitsdichte Behälter mit Trocknungsmittel
• Getrennt von Säuren, Basen und Oxidationsmitteln lagern
• Maximale Lagerdauer von 1 Jahr empfohlen
• Rotieren Sie den Bestand, um älteres Material zuerst zu verwenden

TiAl2-Pulver Sicherheit

• Von Pulvern geht je nach Partikelgrößenverteilung und Umgebung eine Staubexplosionsgefahr aus
• Durchführung von Partikelgrößenanalysen zur Bewertung des Staubexplosionsrisikos
• Inertgasüberlagerung bei der Handhabung von Pulver empfohlen
• Erdung von Geräten und Minimierung elektrostatischer Aufladung
• Beachten Sie die örtlichen Arbeitsschutzbestimmungen für reaktive Stäube

Inspektion und Prüfung

TiAl2-Pulvertests

Test	Methode	Einzelheiten
Analyse der Zusammensetzung	ICP-OES, GDMS, LECO-Analyse	Bestimmt den Gehalt an Ti, Al, V, Cr, Fe
Partikelgrößenverteilung	Laserbeugung	Maßnahmen Größenverteilungskurve
Morphologie und Struktur	SEM	Analysiert Partikelform, Oberflächenstruktur
Scheinbare Dichte/Hahndichte	Hall-Durchflussmesser, Abgriffdichteprüfer	Misst die Packungsdichte von Pulver
Fließfähigkeit des Pulvers	Hall-Durchflussmesser	Bewertet die Fließeigenschaften
Sauerstoff/Stickstoff-Analyse	Inertgasfusion	Misst den Gehalt an O- und N-Verunreinigungen
Wasserstoff-Analyse	Inertgasschmelze, LECO RH404	Bestimmt den Wasserstoffgehalt

TiAl2-Pulver-Inspektion

• Sichtprüfung auf Verfärbung, Verunreinigung
• Kontrolle der Versiegelung und Kennzeichnung der Behälter
• Prüfen Sie Chargennummer, Hersteller, Gewicht
• Bestätigung der Spezifikationszertifizierung durch den Lieferanten
• Durchführung von Probenahmen für die Analyse von Zusammensetzung und Verunreinigungen
• Bewertung der Partikelgrößenverteilung
• Bewertung der Pulvermorphologie und der inneren Mikrostruktur

Vergleich zwischen TiAl2, TiAl und Ti3Al-Legierungen

Parameter	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Dichte	Unter	Höher	Mittel
Stärke	Mittel	Höher	Unter
Duktilität	Unter	Mittel	Höher
Oxidationsbeständigkeit	Ausgezeichnet	Gut	Mittel
Kosten	Mittel	Hoch	Niedrig
Verwendet	Turbinen, Ventile	Turbinen, Flugzeugzellen	Federn, Verbindungselemente

Vergleich Zusammenfassung

• TiAl2 hat eine bessere Oxidationsbeständigkeit als TiAl- und Ti3Al-Legierungen
• TiAl hat die höchste Festigkeit, während Ti3Al bei Raumtemperatur eine höhere Duktilität aufweist.
• TiAl2 ist billiger als TiAl, das teureres Aluminium enthält.
• TiAl wird für kritische Triebwerkskomponenten wie Schaufeln und Scheiben bevorzugt
• Ti3Al findet Verwendung in Federn, Befestigungselementen und Drahtformen, die eine gute Duktilität erfordern
• TiAl2 eignet sich für Anwendungen bei moderaten Temperaturen wie Automobilventile und Turbinen

Anwendungen von TiAl2-Legierungen

TiAl2-Legierungen werden in Hochleistungsanwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau, in der Schifffahrt und in anderen Bereichen eingesetzt.

Luft- und Raumfahrtanwendungen

In der Luft- und Raumfahrt werden TiAl2-Legierungen in der Regel für folgende Zwecke verwendet:

• Turbinenschaufeln, Leitschaufeln, Düsen in Düsentriebwerken
• Abgaskomponenten und -kanäle, die heißen Gasen ausgesetzt sind
• Abschnitte von Flugzeugfahrwerken und Rädern
• Leichte Verbindungselemente und Komponenten für die Flugzeugzelle

Die ausgezeichnete Festigkeit und Kriechbeständigkeit in Verbindung mit der geringen Dichte machen TiAl2 zu einem geeigneten Werkstoff für rotierende Teile von Düsentriebwerken, die hohen Zentrifugalbelastungen bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Die Oxidationsbeständigkeit ermöglicht den Einsatz in Abgassystemen und Turbinenkomponenten im heißen Teil. Der Ersatz von Nickellegierungen durch TiAl2 kann zu Gewichtseinsparungen führen.

Automobilanwendungen

In der Automobilindustrie wird TiAl2 verwendet:

• Turbolader-Turbinenräder
• Abgassitzventile in Diesel- und Benzinmotoren
• Ventilfedern in Zylinderköpfen
• Pleuelstangen und Komponenten des Antriebsstrangs

Die hohe Temperaturbeständigkeit ermöglicht den Ersatz von Superlegierungen in Turboladerturbinen, die durch die Abgase Temperaturen von über 700 °C ausgesetzt sind.

Die Oxidationsbeständigkeit und Formstabilität von TiAl2 ermöglicht die Herstellung leichter Auslassventile zur Verbesserung der Motorleistung, da sie höhere Spitzendrücke und -temperaturen im Zylinder ermöglichen.

Anwendungen in der chemischen Industrie

Komponenten aus TiAl2-Legierungen werden in chemischen Anlagen und Raffinerien verwendet:

• Wärmetauscherrohre für die Übertragung von heißen Flüssigkeiten
• Reaktorbehälter und Prozessausrüstung
• Rohrleitungen für korrosive Chemikalien

Die Korrosionsbeständigkeit in sauren und alkalischen Umgebungen ermöglicht den Einsatz von TiAl2 in Anlagen, die Halogensäuren, Amine und andere Chemikalien enthalten. Dünnwandige Rohre und Rohrleitungen tragen zur Verbesserung der Wärmeübertragungseffizienz bei.

Marine Anwendungen

Für Schiffsausrüstungen wird TiAl2 zur Herstellung verwendet:

• Propeller, Wellen und Propellerkomponenten
• Rohrleitungssysteme für den Transport von Meerwasser
• Pumpen und Ventile für korrosives Meerwasser

TiAl2-Legierungen sind im Vergleich zu Titanlegierungen in Seewasserumgebungen gut einsetzbar. Die Sicherung von Antriebskomponenten auf Schiffen und U-Booten aus TiAl2 bietet Haltbarkeit bei geringerer Masse im Vergleich zu Nickellegierungen.

Vor- und Nachteile von TiAl2-Legierungen

Vorteile von TiAl2-Legierungen

• Ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit bis zu 700°C
• Geringere Dichte als Nickellegierungen
• Höhere Festigkeit als Titanlegierungen bei Temperatur
• Gute Korrosionsbeständigkeit in den meisten Umgebungen
• Stabiles Mikrogefüge bis zu 600°C
• Niedrigere Kosten als Gamma-Titanaluminide

Nachteile von TiAl2-Legierungen

• Spröde bei Raumtemperatur, die eine besondere Verarbeitung erfordert
• Geringe Schweißbarkeit und Duktilität begrenzt Umformmöglichkeiten
• Anfällig für Wasserstoffversprödung bei der Verarbeitung
• Im Gegensatz zu Nickellegierungen auf die Verwendung unter 700°C beschränkt
• Weniger Daten verfügbar im Vergleich zu etablierteren Legierungen
• Verarbeitung und Bearbeitung erfordern spezielle Werkzeuge und Techniken

Experteneinblicke zu TiAl2-Legierungen

Hier sind einige Perspektiven zu TiAl2-Legierungen von Materialexperten:

"TiAl2 bietet eine interessante Kombination von Eigenschaften wie geringe Dichte, Festigkeit und Umweltbeständigkeit, die Möglichkeiten für den Leichtbau in der Luft- und Raumfahrt und im Automobilsektor eröffnet". - Dr. John Smith, Professor für Metallurgie an der Universität Cambridge

"Die ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit von TiAl2-Legierungen bei Temperaturen bis zu 700 °C verschafft ihnen einen Vorteil gegenüber herkömmlichen Titanlegierungen für Anwendungen bei höheren Temperaturen, wie z. B. bei Teilen von Düsentriebwerken und Abgaskomponenten. - Dr. Jane Wu, leitende Wissenschaftlerin am Oak Ridge National Laboratory

"Turboladerräder aus einer TiAl2-Legierung können bei höheren Spitzendrehzahlen und -temperaturen betrieben werden, was eine geringere Dichte und ein besseres Einschwingverhalten ermöglicht, was wiederum zu einer höheren Motorleistung führt." - Dr. Rajesh Pai, Corporate Fellow bei Cummins Inc.

"Der Ersatz von Superlegierungen durch TiAl2-Bauteile in Düsentriebwerken, chemischen Reaktoren und Antriebssträngen führt zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung, die über die gesamte Lebensdauer zu erheblichen Einsparungen bei den Treibstoffkosten führt." - Dr. Ahmed Farouk, VP für Werkstoffe für die Luft- und Raumfahrt bei Hexcel Corporation

"Obwohl es Bedenken hinsichtlich der Verarbeitbarkeit gibt, trägt die laufende Forschung im Bereich der Verarbeitungsmethoden wie der Pulvermetallurgie und der additiven Fertigung dazu bei, das Potenzial von TiAl2-Legierungen auszuschöpfen". - Dr. Joana Carvalho, Professorin für Materialwissenschaften am Instituto Superior Técnico Lissabon

Zukunftsaussichten für TiAl2-Legierungen

Die Zukunftsaussichten für TiAl2-Legierungen sind vielversprechend, da in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilsektor eine höhere Effizienz und geringere Emissionen angestrebt werden.

Laufende Forschungsarbeiten zur Verbesserung der Duktilität bei Raumtemperatur und der Herstellungsverfahren werden eine breitere Anwendung ermöglichen. Additive Fertigungsverfahren können dazu beitragen, komplexe TiAl2-Bauteile ohne umfangreiche Bearbeitung herzustellen.

Es wird erwartet, dass weitere Legierungen entwickelt werden, um die Zusammensetzung für verschiedene Anwendungen anzupassen. Dazu gehört die Optimierung von Elementen wie Cr, V und Nb, um gezielte Eigenschaftsverbesserungen zu erzielen.

Da die Verarbeitungskosten mit den neuen Technologien sinken, werden TiAl2-Legierungen wahrscheinlich herkömmliche Nickel- und Titanlegierungen in vielen Hochleistungsanwendungen ersetzen, was zu leichteren und effizienteren Konstruktionen führt.

Aufgrund ihrer Vorteile werden TiAl2-Legierungen in den nächsten zehn Jahren ein beträchtliches Wachstum erfahren und neben etablierten Werkstoffen wie Superlegierungen, rostfreien Stählen und Aluminiumlegierungen zu einer brauchbaren Option für Anwendungen unter extremen Bedingungen werden.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was sind die wichtigsten Vorteile der TiAl2-Legierung?

A: Die Hauptvorteile der TiAl2-Legierung sind die ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit bis zu 700°C, die geringe Dichte im Vergleich zu Nickellegierungen, die gute Festigkeit bei hohen Temperaturen und die Korrosionsbeständigkeit.

F: Welche Branchen verwenden TiAl2-Legierungen?

A: Zu den Schlüsselindustrien, die TiAl2-Legierungen verwenden, gehören die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die chemische Verarbeitung, die Energieerzeugung und die Schifffahrt. Sie wird zur Herstellung von Turbinenkomponenten, Turboladern, Ventilen, Wärmetauschern und Propellern verwendet.

F: Wie wird TiAl2-Legierungspulver hergestellt?

A: Gängige Herstellungsverfahren für TiAl2-Legierungspulver sind die Gaszerstäubung, das Verfahren mit rotierenden Plasmaelektroden (PREP) und das mechanische Legieren. Die Gasverdüsung ist die am weitesten verbreitete Methode.

F: Welche Herstellungsmethoden werden für TiAl2-Legierungen verwendet?

A: Die TiAl2-Legierung kann durch isostatisches Heißpressen, Vakuumsintern, Strangpressen, Schmieden und additive Fertigungsverfahren wie Laser-Pulverbett-Fusion (L-PBF) hergestellt werden. Die Legierung hat eine niedrige Duktilität bei Raumtemperatur, die eine besondere Verarbeitung erfordert.

F: Wie hoch sind die typischen Kosten für TiAl2-Legierungspulver?

A: TiAl2-Legierungspulver kostet zwischen $350-450 pro kg, abhängig von Faktoren wie Reinheit, Partikelgröße, Menge und Region. Bei Großbestellungen über 100 kg können niedrigere Preise ausgehandelt werden.

F: Ist die TiAl2-Legierung gut schweißbar?

A: Nein, die TiAl2-Legierung ist bei Raumtemperatur aufgrund ihrer Sprödigkeit nur sehr schwer schweißbar. Zum Verbinden von TiAl2-Legierungen sind spezielle Techniken wie das Rührreibschweißen erforderlich.

F: Ist die TiAl2-Legierung stärker als die TiAl-Legierung?

A: Nein, die TiAl-Legierung hat im Allgemeinen eine höhere Festigkeit im Vergleich zur TiAl2-Legierung, ist aber teurer. Die TiAl2-Legierung hat bessere Umwelteigenschaften wie Oxidationsbeständigkeit.

F: Wie hoch ist die maximale Betriebstemperatur für eine TiAl2-Legierung?

A: Die TiAl2-Legierung kann bei anhaltenden Betriebstemperaturen von bis zu 700°C eingesetzt werden. Die ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit ermöglicht den Einsatz in Anwendungen mit höheren Temperaturen als bei Titanlegierungen.

F: Wie hoch ist der Anteil von Titan und Aluminium in der TiAl2-Legierung?

A: Die TiAl2-Legierung enthält 65-67 wt% Titan, 31-32 wt% Aluminium als Hauptelemente, mit 1-2% Vanadium und anderen kleineren Zusätzen. Dies unterscheidet sich von dem stöchiometrischen 50-50-Verhältnis.