TiNb-Legierungspulver

Einführung in TiNb-Legierungspulver

TiNb-Legierungspulver besteht aus Titan und Niob Metalle. Es bietet eine einzigartige Kombination aus hoher Festigkeit, geringer Dichte, Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen.

TiNb-Legierungen gehören zu einer breiteren Klasse von intermetallischen Titanwerkstoffen, die im Vergleich zu reinem Titan bessere physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Der Zusatz von Niob als Legierungselement verbessert bestimmte Eigenschaften und ermöglicht die Anpassung von TiNb-Legierungen an spezifische Anwendungen.

Zu den wichtigsten Vorteilen von TiNb-Legierungspulver gehören:

• Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
• Fähigkeit, extremen Temperaturen und Belastungen standzuhalten
• Widersteht Verschleiß, Abrieb und Korrosion in rauen Umgebungen
• Biokompatibel und ungiftig für medizinische Zwecke
• Kann mittels additiver Fertigung zu komplexen Formen verarbeitet werden
• Bietet Flexibilität für Ingenieure

TiNb-Legierungen konkurrieren in der Luft- und Raumfahrtindustrie mit Superlegierungen auf Nickel- und Kobaltbasis. Auch für biomedizinische Implantate und Geräte bieten sie eine Alternative zu rostfreien Stählen. TiNb-Legierungen ermöglichen neue Anwendungen und Konstruktionen, die mit anderen Werkstoffen nicht möglich sind.

Dieser Artikel ist ein technisches Nachschlagewerk, das die Zusammensetzung, Eigenschaften, Verarbeitung, Anwendungen, Spezifikationen, Kosten und andere praktische Aspekte von TiNb-Legierungspulver behandelt.

TiNb-Legierung Pulverzusammensetzung

TiNb-Legierungen enthalten hauptsächlich Titan und Niob als Hauptbestandteile. Der Niobgehalt liegt in der Regel zwischen 10% und 50% nach Gewicht, der Rest ist Titan.

Das Verhältnis von Ti zu Nb kann angepasst werden, um verschiedene Sorten von TiNb-Legierungen zu schaffen, die für bestimmte Eigenschaften optimiert sind. Einige gängige TiNb-Sorten sind:

• Ti-10Nb - 10%-Niob, 90%-Titan
• Ti-35Nb - 35%-Niob, 65%-Titan
• Ti-45Nb - 45%-Niob, 55%-Titan
• Ti-50Nb - 50%-Niob, 50%-Titan

Zusätzlich können geringe Mengen anderer Elemente wie Zirkonium, Tantal, Molybdän und Chrom hinzugefügt werden, um die Eigenschaften weiter zu verbessern. Auch Sauerstoff und Stickstoff können als Verunreinigungen vorhanden sein.

Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung der gängigen TiNb-Legierungen

Legierungssorte	Niobgehalt	Titan-Gehalt
Ti-10Nb	10%	90%
Ti-35Nb	35%	65%
Ti-45Nb	45%	55%
Ti-50Nb	50%	50%

Die Kontrolle der Zusammensetzung ist entscheidend, um die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts TiNb-Legierung zu erreichen. Pulvermetallurgische Verfahren ermöglichen eine präzise Vermischung der einzelnen Metalle in einem Legierungspulver.

Eigenschaften von TiNb-Legierungspulver

TiNb-Legierungen weisen eine Reihe nützlicher physikalischer, mechanischer und chemischer Eigenschaften auf, die sie für Hochleistungsanwendungen geeignet machen. Zu den wichtigsten Eigenschaften gehören:

Physikalische Eigenschaften

• Dichte - 4,5 bis 5,5 g/cm3, niedriger als bei Stahl und Nickellegierungen
• Schmelzpunkt - 1550 bis 1750°C je nach Zusammensetzung
• Elektrischer Widerstand - 0,5 bis 0,6 μΩ.m, höher als bei Reintitan
• Wärmeleitfähigkeit - 6 bis 22 W/m.K, niedriger als bei Titan

Mechanische Eigenschaften

• Zugfestigkeit - 500 bis 1100 MPa, steigt mit dem Niobgehalt
• Streckgrenze - 300 bis 900 MPa
• Dehnung - 10% bis 25%
• Härte - 200 bis 350 HV
• Ermüdungsfestigkeit - 400 bis 600 MPa

Andere Eigenschaften

• Korrosionsbeständigkeit - Ausgezeichnet durch eine schützende Oxidschicht
• Verschleißfestigkeit - aufgrund der Härte besser als Titan
• Biokompatibilität - Ungiftig und nicht allergen

Durch Anpassung des Ti/Nb-Verhältnisses können Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität, Härte und Elastizitätsmodul je nach Anwendungsanforderungen optimiert werden.

Tabelle 2: Typische Eigenschaften der Ti-35Nb-Legierung

Eigentum	Wert
Dichte	5,2 g/cm3
Schmelzpunkt	1600°C
Zugfestigkeit	650 MPa
Streckgrenze	550 MPa
Dehnung	15%
Elastizitätsmodul	60 GPa
Härte	250 HV

TiNb-Legierungspulver Anwendungen

Aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften eignen sich TiNb-Legierungen für anspruchsvolle Anwendungen in verschiedenen Branchen:

Luft- und Raumfahrt

• Motorkomponenten - Schaufeln, Scheiben, Befestigungselemente
• Flugzeugteile - Fahrwerk, Tragflächen, Rumpf
• Hydraulische Systeme - Pumpen, Ventile, Stellantriebe

Automobilindustrie

• Ventilfedern, Motorventile
• Pleuelstangen, Rotoren des Turboladers
• Komponenten für den Rennsport

Biomedizinische

• Orthopädische Implantate - Knie, Hüfte
• Zahnimplantate, Kronen
• Chirurgische Instrumente
• Medizinische Geräte

Chemische Industrie

• Wärmetauscher, Reaktoren
• Pumpen, Ventile, Rohre
• Korrosionsbeständige Ausrüstung

Andere Anwendungen

• Sportartikel - Golfschläger, Fahrradrahmen
• Hochwertige Uhren und Juwelen
• Elektrische Kontakte und Steckverbinder
• Teile für Hochtemperaturöfen

Die Kombination aus Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität ermöglicht es TiNb-Legierungen, schwerere Materialien in diesen Branchen zu ersetzen.

Tabelle 3: Anwendungen von TiNb-Legierungen nach Industriezweigen

Industrie	Anwendungen
Luft- und Raumfahrt	Triebwerkskomponenten, Teile der Flugzeugzelle, Hydrauliksysteme
Automobilindustrie	Ventilfedern, Motorventile, Pleuelstangen
Biomedizinische	Implantate, zahnärztliche, chirurgische Instrumente, Geräte
Chemisch	Wärmetauscher, Reaktoren, Pumpen, Ventile
Andere	Sportartikel, Uhren, elektrische Kontakte, Ofenteile

Verarbeitung von TiNb-Legierungspulver

TiNb-Legierungspulver kann auf verschiedenen Wegen hergestellt werden:

Metall-Pulver-Mischung

• elementares Titan- und Niobpulver werden in der gewünschten Zusammensetzung zusammengemischt
• Die gemischte Pulvermischung wird mechanisch legiert, um das TiNb-Legierungspulver zu bilden.

Gaszerstäubung

• geschmolzene TiNb-Legierung wird mit einem Inertgas in feine Tröpfchen zerstäubt
• Tröpfchen verfestigen sich zu kugelförmigen Legierungspulverteilchen

Plasma-Rotations-Elektroden-Verfahren (PREP)

• TiNb-Elektrodenstab wird mit einem Plasmalichtbogen geschmolzen und mit hoher Geschwindigkeit gedreht
• die Zentrifugalkraft bewirkt, dass die Tröpfchen abreißen und sich zu Partikeln verfestigen

Hydrid-Dehydrid (HDH)-Methode

• Ti- und Nb-Metalle werden in spröde Hydrid-Pulver umgewandelt
• Hydrid-Pulver werden gemischt, dehydriert, zerkleinert und gesiebt

Die Partikelgröße, die Morphologie, die Fließfähigkeit und die Mikrostruktur des Pulvers können durch die Wahl des geeigneten Herstellungsverfahrens gesteuert werden. Dies beeinflusst die endgültigen Eigenschaften nach der Konsolidierung.

Tabelle 4: Verfahren zur Herstellung von TiNb-Legierungspulver

Methode	Beschreibung	Partikelgröße	Morphologie
Mechanisches Legieren	Mischen und Mahlen von Ti- und Nb-Pulvern	10 - 50 Mikrometer	Unregelmäßig, eckig
Gaszerstäubung	Zerstäubung einer geschmolzenen Legierung mit Inertgas	15 - 150 Mikrometer	Sphärisch
Plasma rotierende Elektrode	Zentrifugaler Aufschluss der geschmolzenen Elektrode	50 - 150 Mikrometer	Sphärisch
HDH-Verfahren	Hydrierung, Dehydrierung, Zerkleinerung von gemischten Pulvern	10 - 63 Mikrometer	Unregelmäßig, eckig

Verfestigung von TiNb-Legierungspulver

TiNb-Legierungspulver kann mit verschiedenen pulvermetallurgischen Verfestigungsverfahren zu Bauteilen mit voller Dichte verarbeitet werden:

Heiß-Isostatisches Pressen (HIP)

• eingekapseltes Pulver wird bei hoher Temperatur und hohem Druck HIP-gepresst

Vakuum-Sintern

• das Pulver wird verdichtet und im Vakuumofen gesintert

Funken-Plasma-Sintern

• das Pulver wird durch gepulsten Gleichstrom gleichzeitig erhitzt und verdichtet

Metall-Spritzgießen (MIM)

• Pulver wird mit Bindemittel gemischt, geformt, entbastet und gesintert

Additive Fertigung

• Pulverbettfusion (SLM, EBM) oder gerichtete Energieabscheidung (DED)

Mit HIP und Vakuumsintern lässt sich nahezu die volle Dichte erreichen, während die feine Mikrostruktur erhalten bleibt. Die additive Fertigung bietet eine größere geometrische Freiheit. Der Konsolidierungsprozess kann optimiert werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erreichen.

Tabelle 5: Verfahren zur Konsolidierung von TiNb-Legierungspulver

Methode	Beschreibung	Dichte	Mikrostruktur	Geometrie
HIP	Hoher Druck, hohe Temperatur	Nahezu volle Dichte	Fein	Einfache Formen
Vakuum-Sintern	Sintern im Vakuumofen	Nahezu volle Dichte	Fein	Einfache Formen
Funkenplasmasintern	Gepulster Strom und Druck	Volle Dichte	Ultrafeine	Einfache Formen
Metall-Spritzgießen	Pulver- und Bindemittelformung	Nahezu volle Dichte	Ultrafeine	Komplexe Formen
Additive Fertigung	Pulverbettfusion oder gerichtete Energieabscheidung	Nahezu volle Dichte	Grob	Komplexe Formen

Spezifikationen für TiNb-Legierungspulver

TiNb-Legierungspulver ist in verschiedenen Spezifikationen erhältlich, die für unterschiedliche Anwendungen zugeschnitten sind:

Kompositionen: Sorten mit einem Niobgehalt von 10% bis 50%

Partikelgröße: 10 bis 150 Mikrometer

Morphologie: kugelförmig, unregelmäßig oder gemischt

Produktionsmethode: Gaszerstäubt, HDH, gemischt elementar

Reinheit: >99,5% Titan, >99,8% Niob

Sauerstoffgehalt: <2000 ppm

Fließfähigkeit: Hall-Durchflussrate > 23 sec/50g

Scheinbare Dichte: ≥ 2,5 g/cc

Dichte der Gewindebohrer: ≥ 3,5 g/cc

Chemische Zusammensetzung, Partikelgrößenverteilung, Morphologie, Fließgeschwindigkeit und Dichte sind üblicherweise spezifizierte Eigenschaften. Kundenspezifische Legierungen und Pulverspezifikationen können für spezifische Anwendungen hergestellt werden.

Tabelle 6: Typische Spezifikationen von gasverdüstem Ti-35Nb-Pulver

Parameter	Spezifikation
Zusammensetzung der Legierung	Ti-35Nb
Partikelgröße	15 bis 45 Mikrometer
Morphologie	Sphärisch
Produktionsverfahren	Gaszerstäubung
Reinheit	Ti >99,5%, Nb >99,8%
Sauerstoffgehalt	<1500 ppm
Durchflussmenge	>38 sec/50g
Scheinbare Dichte	≥ 2,7 g/cc
Dichte des Gewindebohrers	≥ 4,2 g/cc

Lieferanten von TiNb-Legierungspulver

Zu den weltweit führenden Anbietern von Pulver aus Titan-Niob-Legierungen gehören:

• AP&C - Pulver aus Titan- und Nioblegierungen
• Atlantic Equipment Engineers - kugelförmige und kantige Pulver
• TLS Technik - gasverdüste TiNb-Legierungen
• Metalltechnologie - Mischungen aus elementaren und vorlegierten Pulvern
• Sandvik Osprey - gasverdüste kugelförmige Pulver
• Carpenter Additive - kundenspezifische Legierungspulver

TiNb-Legierungen werden auch von Lieferanten von Titan- und Niobmetallen angeboten. Sowohl standardisierte Legierungen als auch kundenspezifische Zusammensetzungen können von diesen Pulverherstellern bezogen werden.

Tabelle 7: Lieferanten von TiNb-Legierungspulver

Unternehmen	Materialien	Produktionsmethoden
AP&C	Ti, Nb, TiNb-Legierungen	Gaszerstäubung
Atlantic Ausrüstungsingenieure	Ti, Nb, TiNb-Legierungen	Gaszerstäubung, Mischen
TLS Technik	TiNb-Legierungen	Gaszerstäubung
Metalltechnik	TiNb-Legierungen	Gemischt elementar, vorlegiert
Sandvik Fischadler	TiNb-Legierungen	Gaszerstäubung
Zimmerer-Zusatzstoff	Kundenspezifische TiNb-Legierungen	Gaszerstäubung

Kosten für TiNb-Legierungspulver

TiNb-Legierungspulver ist teurer als Titan- oder Niobpulver allein. Die Kosten hängen ab von:

• Zusammensetzung - höherer Nb-Gehalt erhöht die Kosten
• Reinheit - höhere Kosten bei höherer Reinheit
• Partikelgröße und -verteilung
• Produktionsmethode - gaszerstäubtes Pulver kostet mehr
• Bestellmenge - größere Mengen haben geringere Kosten

Richtpreise für TiNb-Legierungspulver in kleinen Mengen:

• Ti-10Nb: $100 bis $300 pro kg
• Ti-35Nb: $200 bis $500 pro kg
• Ti-50Nb: $300 bis $800 pro kg

Bei Großbestellungen von Hunderten von Kilos oder mehreren Tonnen sinken die Preise erheblich.

Tabelle 8: Richtpreise von TiNb-Legierungspulvern

Legierung	Preisgestaltung ($/kg)
Ti-10Nb	$100 – $300
Ti-35Nb	$200 – $500
Ti-50Nb	$300 – $800

Handhabung und Lagerung von TiNb-Legierungspulver

Da es sich um ein reaktives Metallpulver handelt, ist beim Umgang mit TiNb-Legierungspulver eine gewisse Vorsicht geboten:

• In versiegelten Behältern in trockener, inerter Atmosphäre lagern, um Oxidation und Kontamination zu vermeiden
• Kontakt mit Sauerstoff, Feuchtigkeit, Ölen, brennbaren Materialien vermeiden
• Verhinderung der Ansammlung von feinem Pulver auf Oberflächen oder Geräten
• Erden Sie alle leitenden Geräte, die bei der Handhabung von
• Verwenden Sie funkensichere Werkzeuge und minimieren Sie die Staubentwicklung
• Bei der Handhabung Handschuhe und Atemschutz tragen
• Verwenden Sie geerdete Lüftungsanlagen und vermeiden Sie Staubwolken
• Von Hitze, Flammen, Funken und anderen Zündquellen fernhalten
• Beachten Sie das Sicherheitsdatenblatt für angemessene PSA und Vorsichtsmaßnahmen

Bei ordnungsgemäßer Lagerung in einer trockenen, inerten Atmosphäre hat TiNb-Legierungspulver eine typische Haltbarkeit von 12 Monaten. Unsachgemäße Lagerungsbedingungen können zu Oxidation, Verlust der Fließfähigkeit oder Entzündungsgefahren führen.

Tabelle 9: Richtlinien für die Handhabung von TiNb-Legierungspulver

Parameter	Leitlinien
Lagerung	Versiegelte Behälter, trockene inerte Atmosphäre
Atmosphäre	Sauerstoff, Feuchtigkeit, Öle, brennbare Stoffe vermeiden
Ausrüstung	Alle leitenden Geräte erden
Werkzeuge	Verwenden Sie funkenfreie Werkzeuge
Belüftung	Geerdete Lüftungsanlage
PSA	Handschuhe, Atemschutz
Vorsichtsmaßnahmen	Vermeiden Sie Hitze, Flammen, Funken
Haltbarkeitsdauer	12 Monate in inerter Atmosphäre

Sicherheitsdatenblatt für TiNb-Legierungspulver

Wie bei anderen reaktiven Metallpulvern sind auch bei TiNb-Legierungen einige wichtige Sicherheitsvorkehrungen zu treffen:

• PSA tragen - Handschuhe, Augenschutz, Maske/Atemschutzmaske
• Einatmen von Pulvern vermeiden - Atemschutz verwenden
• Vermeiden Sie den Kontakt mit Haut und Augen
• Nach dem Umgang mit Pulver gründlich waschen
• Zündquellen vermeiden, Pulver kann brennbar sein
• Ordnungsgemäße Erdung und Belüftung verwenden
• Inerte Lageratmosphäre zur Vermeidung von Oxidation
• Vermeiden Sie Verschüttungen und Staubansammlungen auf Oberflächen
• Befolgen Sie die Anweisungen auf SDS und Warnhinweisen

Erste Hilfe:

• Einatmen: An die frische Luft gehen. Falls erforderlich, ärztliche Hilfe hinzuziehen.
• Hautkontakt: Mit Wasser und Seife waschen. Bei anhaltender Reizung Hilfe holen.
• Augenkontakt: Augen 15 Minuten lang mit Wasser ausspülen. Ärztliche Hilfe in Anspruch nehmen.
• Verschlucken: Wasser trinken. Bei Unwohlsein ärztliche Hilfe in Anspruch nehmen.

Lesen Sie vor der Handhabung und Verarbeitung von TiNb-Legierungspulver immer das Sicherheitsdatenblatt des Lieferanten für vollständige Gesundheits- und Sicherheitsinformationen.

Tabelle 10: Wichtige Sicherheitsmaßnahmen für TiNb-Legierungspulver

Thema Sicherheit	Vorsichtsmaßnahmen
PSA	Handschuhe, Schutzbrille, N95-Maske
Einatmen	Atemschutz verwenden
Hautkontakt	Betroffene Stelle mit Wasser und Seife waschen
Augenkontakt	Augen 15 Minuten lang mit Wasser ausspülen
Verschlucken	Trinken Sie Wasser. Holen Sie bei Bedarf ärztliche Hilfe.
Belüftung	Verwendung geerdeter Lüftungshauben
Erdung	Erden Sie alle Geräte während der Handhabung
Zündung	Vermeiden Sie Funken, Flammen, Wärmequellen
Lagerung	Inerte Atmosphäre, entfernt von brennbaren Materialien

Qualitätsinspektion von TiNb-Legierungspulver

Um sicherzustellen, dass das TiNb-Legierungspulver den Spezifikationen entspricht, werden verschiedene Qualitätskontrollen durchgeführt:

• Chemische Analyse - ICP-, GDMS- oder LECO-Analyse zur Überprüfung der Zusammensetzung und Reinheit
• Analyse der Partikelgröße - Laserbeugung oder Siebanalyse zur Größenverteilung
• Morphologie - REM-Bildgebung zur Überprüfung der Partikelform und Oberflächentopologie
• Durchflussmenge - Hall-Durchflussmesser-Test für die Fließfähigkeit von Pulver
• Dichte - Messungen der scheinbaren Dichte und der Stichdichte
• Sauerstoff/Stickstoff - Inertgasfusionsanalyse für interstitielle Verunreinigungen
• Identifizierung der Phase - XRD-Analyse zur Bestimmung der vorhandenen Phasen

Die Pulvereigenschaften werden bei jeder Charge nach Qualitätsstandards wie ASTM B939, ASTM F3049, EN 10204 3.1 geprüft. Das Pulver kann zwischen den Chargen gemischt werden, um Einheitlichkeit zu erreichen.

Tabelle 11: Prüfverfahren für TiNb-Legierungspulver

Test	Methode	Standard
Zusammensetzung	ICP, GDMS, LECO	ASTM E1479, ASTM E2330
Partikelgrößenverteilung	Laserbeugung, Siebung	ASTM B822
Morphologie	SEM-Bildgebung	ASTM B822
Durchflussmenge	Hall-Durchflussmesser	ASTM B213
Dichte	Scott-Volumenzähler	ASTM B212
Sauerstoff/Stickstoff	Inertgasfusion	ASTM E1019
Phasenanalyse	Röntgenbeugung	ASTM E1876

Medizinische Anwendungen von TiNb-Legierungen

Aufgrund ihrer Biokompatibilität, ihrer hohen Festigkeit und ihres niedrigen Moduls werden TiNb-Legierungen häufig für medizinische Implantate und Geräte verwendet:

Orthopädische Implantate

• Knie- und Hüftprothesen
• Knochenplatten, Schrauben
• Geräte zur Fixierung der Wirbelsäule
• Zahnimplantate und -brücken

TiNb-Legierungen wie Ti-35Nb und Ti-45Nb entsprechen dem Elastizitätsmodul des menschlichen Knochens und bieten gleichzeitig eine hohe Ermüdungsfestigkeit. Dadurch wird die Spannungsabschirmung im Vergleich zu steiferen Titanlegierungen verringert.

Kardiovaskuläre Geräte

• Stents
• Gehäuse von Herzschrittmachern
• Führungsdrähte
• Chirurgische Instrumente

Aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit, ihrer Ungiftigkeit und ihres Nicht-Magnetismus eignen sich TiNb-Legierungen für Geräte, die mit Blut und Gewebe in Berührung kommen.

TiNb-Legierungssorten für medizinische Anwendungen

• Ti-10Nb bis Ti-50Nb
• Ti-Nb-Zr, Ti-Nb-Ta für angepasste Eigenschaften
• Normen ISO 5832-11 und ASTM F2066

Ti-35Nb und Ti-45Nb mit niedrigerem Modul werden üblicherweise verwendet. Höheres Nb erhöht die Festigkeit, aber auch den Modul. Kleine Zr/Ta-Zusätze verbessern die Eigenschaften weiter.

Vorteile von TiNb-Legierungen für biomedizinische Anwendungen

• Ausgezeichnete Biokompatibilität und Osseointegration
• Hohe Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit
• Niedriger Modulus in Knochennähe
• Ungiftig, nicht allergen
• Korrosionsbeständig
• Nicht-magnetisch

TiNb-Legierungen bieten die beste Kombination aus Festigkeit, Biokompatibilität, Korrosionsbeständigkeit und Elastizitätsmodul für Implantate.

Herausforderungen bei medizinischen Komponenten aus TiNb-Legierungen

• Schwierige Bearbeitung und Herstellung
• Teurer als Ti-6Al-4V-Legierung
• Erfordert eine strenge Qualitätskontrolle und -prüfung
• Längerfristige klinische Daten sind noch in der Entwicklung

Da die Herstellung und Zulassung von TiNb-Komponenten für medizinische Zwecke relativ neu ist, kann sie komplexer sein. Ihre Vorteile überwiegen jedoch die kurzfristigen Herausforderungen.

Verwendung von TiNb-Legierungen in der Automobilindustrie

Die hohe Festigkeit, Temperaturbeständigkeit und Ermüdungsfestigkeit von TiNb-Legierungen machen sie für Automobilteile attraktiv:

Ventilfedern

• Höhere Festigkeit ermöglicht geringere Federmasse
• Reduziert den Ventilspielraum bei hohen Drehzahlen
• Ermöglicht eine höhere Leistungsabgabe

Motorventile

• Widersteht Abgasen mit hoher Temperatur
• Widersteht Verschleiß und Verformung
• Leichtgewicht

Pleuelstangen

• Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht
• Reduziert die oszillierende Masse
• Ermöglicht höhere Drehzahlen und Leistung

Turbolader-Rotoren

• Behält seine Festigkeit bei hohen Temperaturen bei
• Widersteht Kriechverformung
• Temperaturwechselbeständigkeit
• Geringe Dichte

Komponenten für den Rennsport

• Leichte Aufhängung, Fahrwerksteile
• Hervorragende Ermüdungsfestigkeit

Geringere Masse und Trägheit in Verbindung mit Temperatur- und Ermüdungsbeständigkeit führen zu höherer Motorleistung und Effizienz.

Herausforderungen von TiNb-Legierungen für die Automobilindustrie

• Hohe Kosten im Vergleich zu Stahllegierungen
• Verarbeitungsschwierigkeiten bei der Pulvermetallurgie
• Begrenzte Erfahrung mit Lieferanten und Herstellern
• Ungewisses Kosten-Nutzen-Verhältnis

Die Vorteile könnten anfangs einen höheren Preis für High-End-Fahrzeuge und Motorsport rechtfertigen. Eine breitere Einführung hängt davon ab, dass die Hersteller von TiNb-Pulver die Kosten senken.

Luft- und Raumfahrtanwendungen von TiNb-Legierungen

TiNb-Legierungen konkurrieren mit Nickelsuperlegierungen bei Anwendungen in Flugzeugtriebwerken und Flugzeugzellen, die Festigkeit bei niedrigen Temperaturen erfordern:

Komponenten des Motors

• Turbinenschaufeln, Scheiben, Gehäuse
• Kompressorblätter
• Wellen, Verbindungselemente
• Schubumkehrer

Strukturelle Teile

• Fahrwerk
• Flügel, Rippchen, Stringer
• Rumpfspanten
• Hydraulische Schläuche

Vorteile

• 30-50% geringere Dichte als Ni-Superlegierungen
• Spart Gewicht
• Ähnliche Festigkeit und Kriechstromfestigkeit
• Widersteht hohen Belastungen und Temperaturen

Herausforderungen

• Höhere Kosten als die derzeitigen Titanlegierungen
• Verarbeitungsschwierigkeiten im Vergleich zu Knetlegierungen
• Begrenzte Produktionserfahrung und Verfügbarkeit
• Eigentumsdaten entwickeln sich weiter

Die Luft- und Raumfahrtindustrie ist konservativ, so dass vor der Einführung neuer Legierungen wie TiNb umfangreiche Test- und Qualifizierungsprogramme erforderlich sind, um die Machbarkeit zu beweisen und Lieferketten aufzubauen.

Andere Anwendungen von TiNb-Legierungen

Neben der Verwendung in der Medizin, der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrt eignen sich TiNb-Legierungen auch für andere Zwecke:

• Schifffahrt - Propeller, Pumpenschäfte, Armaturen
• Chemie - Wärmetauscher, Kondensatoren, Rohrleitungen
• Sportartikel - Golfschläger, Fahrradrahmen, Schläger
• Stromerzeugung - Komponenten von Dampf- und Gasturbinen
• Elektronik - Sputtertargets, Kondensatoren
• Schmuck - Uhren, Ringe, Piercings
• Öl und Gas - Bohrlochwerkzeuge, Ventile, Pumpen

Die Korrosionsbeständigkeit, die Biokompatibilität und die elektrischen Eigenschaften erweitern die Einsatzmöglichkeiten von TiNb-Legierungen in verschiedenen Branchen.

Die fortlaufende Forschung und Entwicklung wird mit zunehmender Erfahrung in der Herstellung von TiNb-Legierungspulver neue Anwendungen erschließen. Die einzigartige Ausgewogenheit ihrer Eigenschaften wird Konstruktionen ermöglichen, die mit anderen Werkstoffen nicht machbar sind.

Zukunftsaussichten für TiNb-Legierungen

• Zunehmende medizinische Nutzung aufgrund der alternden Bevölkerung und des Bedarfs an besseren Implantaten
• Beschleunigte Einführung in der Luft- und Raumfahrt zur Gewichtsreduzierung
• Zunehmende Nutzung in der Automobilindustrie aufgrund hoher Leistungsanforderungen
• Steigendes Interesse an Hardware für die Tiefsee-Exploration von Öl und Gas
• Herstellung mittels Pulvermetallurgie und AM-Techniken zur Verbesserung
• Neue Sorten werden für maßgeschneiderte Eigenschaften entwickelt
• Erweiterung der Lieferkette durch Ausbau der Kapazitäten für TiNb-Legierungen
• Sinkende Kosten bei höherem Produktionsvolumen
• Größere Bekanntheit und Akzeptanz in allen Branchen

Die Zukunft sieht für TiNb-Legierungen rosig aus, denn sie werden zu einem neuen fortschrittlichen Werkstoff, der die herkömmlichen Legierungen in den anspruchsvollsten Anwendungen verdrängt. Ihr Erfolg hängt von weiteren Investitionen zur Verbesserung der Erschwinglichkeit ab.

Die wichtigsten Erkenntnisse über TiNb-Legierungspulver

• TiNb-Legierungen bieten im Vergleich zu Titan bessere mechanische Eigenschaften
• Stärker, steifer und härter als Reintitan
• Geringere Dichte und höhere Festigkeit als Nickel/Stahl-Legierungen
• Hervorragende Leistung bei hohen Temperaturen
• Widerstandsfähig gegen Kriechen, Ermüdung und Korrosion in rauen Umgebungen
• Ausgezeichnete Biokompatibilität für medizinische Implantate
• Einstellbare Eigenschaften durch Änderung des Ti/Nb-Verhältnisses
• Hergestellt durch gemischte elementare oder vorlegierte Pulvermetallurgie
• Pulver kann durch AM, HIP, MIM oder Sintern verfestigt werden
• Führende Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Biomedizin
• Positive Zukunftsaussichten durch Leichtbau und hohe Leistungsanforderungen

TiNb-Legierungen stellen einen fortschrittlichen Durchbruch bei den metallischen Werkstoffen dar, der durch pulvermetallurgische Verfahren ermöglicht wird. Da die Herstellungskosten sinken, sind sie in der Lage, verschiedene Branchen, die leichte, starke und temperaturbeständige Legierungen benötigen, zu verändern.

Häufig gestellte Fragen zu TiNb-Legierungspulver

Hier finden Sie Antworten auf einige häufig gestellte Fragen zu TiNb-Legierungspulver:

F: Was sind die wichtigsten Vorteile von TiNb-Legierungen gegenüber Titanlegierungen?

TiNb-Legierungen haben im Vergleich zu Titanlegierungen eine höhere Festigkeit, Steifigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturleistung. Außerdem haben sie eine geringere Dichte als Nickel- und Stahllegierungen.

F: In welchen Branchen werden TiNb-Legierungen verwendet?

Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Biomedizin, die chemische Industrie, die Schifffahrt und die Energieerzeugung. Die Verwendung nimmt mit der steigenden Produktion in der Pulvermetallurgie zu.

F: Was ist die typische Preisspanne für TiNb-Legierungspulver?

Die Preise reichen von etwa $100/kg für Ti-10Nb bis $300-800/kg für Ti-50Nb, je nach Zusammensetzung, Qualität und Auftragsvolumen. Die Preise sinken mit der Ausweitung der Produktion.

F: Welche Partikelgröße ist für TiNb-Legierungspulver üblich?

Typisch sind Partikelgrößen von 10 bis 150 Mikron. Feine Pulver von 10-45 Mikron werden für die additive Fertigung bevorzugt. Gröbere Pulver bis zu 150 Mikron werden für Press- und Sinteranwendungen verwendet.

F: Wie werden TiNb-Legierungspulver hergestellt?

Zu den wichtigsten Herstellungsverfahren gehören die Gaszerstäubung, die Plasmasphäroidisierung, das Hydrid-Dehydrid-Verfahren und die Elementarmischung. Gaszerstäubte und plasmasphäroidisierte Pulver haben eine kugelförmige Morphologie, die für AM bevorzugt wird.

F: Welche Normen gelten für TiNb-Legierungen in der medizinischen Anwendung?

Die Normen ISO 5832-11 und ASTM F2066 behandeln die Zusammensetzung, die mechanischen Eigenschaften, die Qualitätskontrollprüfungen und die Verarbeitungsanforderungen für chirurgische Implantatlegierungen in TiNb-Qualität.

F: Können TiNb-Legierungen in 3D gedruckt werden?

Ja, Pulver aus TiNb-Legierungen sind mit den 3D-Druckverfahren Laser-Pulverbettfusion, Elektronenstrahl-Pulverbettfusion und gerichtete Energieabscheidung kompatibel. Die Parameter müssen für eine gute Dichte und gute Eigenschaften optimiert werden.

F: Gibt es gesundheitliche Risiken im Zusammenhang mit TiNb-Pulvern?

Wie bei anderen Metallpulvern sind beim Umgang mit TiNb-Pulvern bestimmte Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, um das Risiko einer Staubexplosion und einer Inhalationsexposition zu minimieren. Die Legierung selbst ist jedoch äußerst biokompatibel.

F: Wie sind die Aussichten für die Einführung von TiNb-Legierungen?

Die Zukunft sieht vielversprechend aus, denn der Bedarf an leichten, festen und hitzebeständigen Werkstoffen führt zu einer zunehmenden Verwendung von TiNb-Legierungen. Die Akzeptanz wird sich beschleunigen, da die Produktionskosten der Pulvermetallurgie sinken.

Hier werden die wichtigsten Fragen von Ingenieuren in Bezug auf Spezifikationen, Verarbeitung, Anwendungen und die Aussichten von TiNb-Legierungspulver als aufstrebendes modernes Material behandelt. Wenden Sie sich an uns, wenn Sie weitere spezifische Fragen haben.