Poudre TiAl3 pour l'impression 3D
La poudre TiAl3 est un composé intermétallique composé de titane, d'aluminium et parfois de petites quantités d'autres éléments comme le chrome ou le niobium. Elle a une structure cristalline L12 et est produite par atomisation au gaz en particules de poudre sphériques, généralement de l'ordre de 10 à 150 microns.
TiAl3 possède des propriétés uniques qui le rendent adapté aux applications à haute température dans des environnements agressifs. Il combine la résistance à la corrosion et la grande solidité du titane avec la faible densité et la capacité de résistance aux températures élevées de l'aluminium. Le matériau présente une bonne résistance à l'oxydation et une bonne solidité à des températures élevées.
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Table des matières
La poudre TiAl3 est un composé intermétallique de titane et d'aluminium. Elle est légère, résistante à l'oxydation et peut supporter des températures élevées. Elle convient donc à l'aérospatiale, à l'automobile, à l'énergie et à d'autres applications de haute performance.
Quelques propriétés et caractéristiques clés de la poudre de TiAl3 :
Propriétés et caractéristiques de la poudre TiAl3
| Formule chimique | TiAl3 |
| Densité | 3,4 g/cm3 |
| Point de fusion | 1395°C |
| Module d'Young | 170 GPa |
| Coefficient de dilatation thermique | 11 x 10-6 K-1 |
| Conductivité thermique | 29 W/m-K |
| Résistivité électrique | 125 μΩ-cm |
| Résistance à l'oxydation | Excellent jusqu'à 1000°C |
La poudre de TiAl3 peut être produite par diverses méthodes, notamment l'atomisation au gaz, le processus d'électrode rotative à plasma (PREP) et l'alliage mécanique. La taille, la morphologie, la composition, la microstructure et les autres propriétés de la poudre dépendent de la méthode de production.
La teneur en titane est généralement de l'ordre de 55-65 wt% et l'aluminium constitue le reste. De petites quantités de chrome, de niobium, de carbone ou d'oxygène peuvent être présentes jusqu'à un maximum de 1%. Le rapport Ti:Al peut être ajusté pour optimiser les propriétés.
Propriétés de la poudre TiAl3
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | 3,7-4,0 g/cm3 |
| Point de fusion | 1350°C |
| Conductivité thermique | ~20 W/m-K |
| Résistivité électrique | 125-185 μΩ-cm |
| Module de Young | 160-180 GPa |
| Rapport de Poisson | 0.25-0.35 |
| Coefficient de dilatation thermique | 11-13 x 10-6 /°C |
Ses principales propriétés sont une faible densité par rapport aux alliages de titane, un point de fusion élevé, une conductivité thermique modérée et le maintien de la résistance et de la rigidité à des températures élevées.
Caractéristiques de la poudre de TiAl3
| Attribut | Détails |
|---|---|
| Forme des particules | Principalement sphérique |
| Taille des particules | 10 - 150 μm |
| Capacité d'écoulement | Bon |
| Densité apparente | ~2,5 g/cm3 |
| Densité du robinet | ~3,5 g/cm3 |
| Surface | 0,1-0,3 m2/g |
| La pureté | >99,5% |
La poudre de TiAl3 a une morphologie sphérique, une surface lisse et de bonnes caractéristiques d'écoulement et d'emballage. Elle contient peu d'oxygène et d'azote pour éviter la fragilisation.
Applications de la poudre de TiAl3
Parmi les principales applications tirant parti des propriétés du TiAl3, on peut citer
Applications de la poudre TiAl3 dans la fabrication additive
- La poudre de TiAl3 est utilisée dans les procédés de fusion sur lit de poudre tels que la fusion sélective par laser (SLM) et la fusion par faisceau d'électrons (EBM) pour fabriquer des composants complexes en aluminure de titane pour l'aérospatiale et l'automobile.
- Il est moins réactif et plus facile à imprimer que le Ti6Al4V en AM sur lit de poudre. Les pièces en TiAl3 ont une microstructure fine et des propriétés mécaniques comparables à celles des alliages coulés et corroyés.
- L'AM avec TiAl3 permet de concevoir des produits plus légers, de réduire le nombre de pièces et de consolider les assemblages pour les aubes de turbine, les roues de turbocompresseur, les composants d'échappement, etc.
Applications de la poudre TiAl3 dans la projection thermique
- Les revêtements par projection thermique de poudre de TiAl3 offrent une résistance à l'oxydation et à la corrosion à haute température sur les pales de turbines, les aubes, les pots de combustion, etc.
- Il supporte mieux les températures que les alliages de nickel et les revêtements de titane. Les revêtements de TiAl3 peuvent fonctionner à 700-900°C.
- Les revêtements sont appliqués par pulvérisation plasma, oxy-combustion à haute vitesse (HVOF) ou pulvérisation à chaud. L'épaisseur typique du revêtement est de 150 à 500 microns.
Applications de la poudre TiAl3 dans le domaine du rechargement par laser
- La poudre de TiAl3 peut être plaquée au laser sur des substrats en titane ou en alliage de nickel pour former une couche d'alliage protectrice en surface.
- La couche de revêtement améliore la résistance à haute température, la résistance à l'oxydation et la résistance à l'usure.
- Le revêtement par laser est utilisé sur les composants de moteurs à réaction et de turbines terrestres exposés à des conditions de corrosion élevées.
Spécifications de la poudre TiAl3
La poudre de TiAl3 est disponible en plusieurs qualités standard conformes à des spécifications telles que :
Compositions de poudres de TiAl3
| Grade | Ti wt% | Al wt% | Autres |
|---|---|---|---|
| Ti-45Al-3Nb | 45% | Équilibre | 3% Nb |
| Ti-55Al | 55% | Équilibre | – |
| Ti-62Al | 62% | Équilibre | – |
Les compositions courantes sont basées sur la teneur en titane, par exemple Ti-45Al, Ti-55Al ou Ti-62Al représentant le pourcentage en poids de titane. De petites quantités de chrome ou de niobium peuvent être présentes.
Distribution de la taille des particules de la poudre de TiAl3
| Taille des particules | Distribution |
|---|---|
| -150 +45 μm | 5% max |
| -45 +22 μm | 40-60% |
| -22 μm | Équilibre |
Les distributions de tailles typiques pour les procédés AM sont centrées autour de 22-45 μm avec des fines minimales inférieures à 22 μm. Des tailles plus importantes, jusqu'à 150 μm, sont utilisées pour la pulvérisation thermique.
Étalons de poudre de TiAl3
- ASTM B821 - Norme pour la préparation de poudres et de compacts d'alliages réfractaires par des techniques de plasma
- AMS 4982 - Consommables pour poudres, aluminures de titane atomisés au plasma
- AMS 7008 - Poudre d'alliage d'aluminure de titane pour revêtements par projection thermique
La fabrication, l'échantillonnage, les essais et l'acceptation des poudres sont conformes aux normes industrielles pour les alliages réfractaires et les aluminiures de titane.
La poudre de TiAl3 présente certains avantages et inconvénients par rapport à d'autres poudres couramment utilisées :
Comparaison de la poudre de TiAl3 avec d'autres poudres
| Paramètres | TiAl3 | Ti6Al4V | AlSi10Mg |
|---|---|---|---|
| Densité | Plus bas | Plus élevé | Plus bas |
| Résistance à haute température | Plus élevé | Plus bas | Beaucoup plus bas |
| Résistance à l'oxydation | Excellent | Modéré | Pauvre |
| Conductivité thermique | Plus élevé | Plus bas | Plus élevé |
| Coût | Plus élevé | Plus bas | Plus bas |
| Fabrication | Plus difficile | Plus facile | Plus facile |
| Applications | Aérospatiale, automobile | Aérospatiale, biomédical | Automobile, généralités |
- TiAl3 est plus résistant que les alliages de titane tels que Ti6Al4V à des températures supérieures à 600°C.
- Il offre une meilleure résistance à l'oxydation que les alliages de titane et d'aluminium.
- Plus cher que les alliages de titane en raison de la teneur élevée en aluminium
- Pas aussi facile à usiner ou à former que les alliages de titane à température ambiante
- Convient le mieux aux applications structurelles à haute température
En comprenant où TiAl3 est plus performant ou moins performant que d'autres systèmes d'alliage, il est possible d'identifier les applications idéales pour tirer parti de ses avantages.
Fournisseurs de poudre de TiAl3
La poudre de TiAl3 est disponible dans le commerce auprès d'un certain nombre de fournisseurs dans le monde. Parmi les principaux fabricants, citons
Fabricants de poudre de TiAl3
| Entreprise | Grades de produits | Localisation |
|---|---|---|
| AMETEK | TiAl3-100A, TiAl3-500 | ÉTATS-UNIS |
| AP&C | TiAl3-230, TiAl3-360 | Canada |
| Sandvik | TiAl3 Osprey Powder | Suède |
| TLS Technik | TiAl3-100A | Allemagne |
| Praxair | TiAl3-100A | ÉTATS-UNIS |
Prix de la poudre de TiAl3
| Grade | Taille des particules | Fourchette de prix |
|---|---|---|
| TiAl3-100A | 15-45 μm | $450-$550/kg |
| TiAl3-230 | 45-180 μm | $350-$450/kg |
| TiAl3-500 | 10-45 μm | $500-$600/kg |
Les prix dépendent du volume d'achat, des niveaux de pureté, de la distribution de la taille des particules et de la morphologie. Des compositions d'alliage personnalisées sont également possibles, mais elles sont plus coûteuses.
FAQ
Q : Quelles sont les méthodes utilisées pour produire de la poudre de TiAl3 ?
R : Les principales méthodes de production sont l'atomisation au gaz, le processus d'électrode rotative au plasma et l'alliage mécanique. Chaque méthode produit des poudres aux caractéristiques différentes, adaptées à des applications différentes.
Q : TiAl3 est-il compatible avec les alliages de titane ?
R : TiAl3 a une solubilité solide très limitée dans les alliages de titane tels que Ti6Al4V. Il n'est pas recommandé de mélanger de la poudre de TiAl3 avec des poudres d'alliage de titane en raison de la formation de phases intermétalliques fragiles.
Q : Quels sont les éléments d'alliage qui peuvent être ajoutés à TiAl3 ?
R : Des éléments tels que Nb, Cr, Ni, Cu ont été alliés à TiAl3 pour modifier la microstructure et les propriétés mécaniques. Cependant, un alliage excessif peut avoir un impact négatif sur la résistance à l'oxydation.
Q : Quelle est la différence entre la poudre PREP et la poudre TiAl3 atomisée au gaz ?
R : La poudre PREP contient de fines particules sphériques idéales pour la fabrication additive, tandis que la poudre atomisée au gaz contient des particules légèrement plus grossières et plus rentables qui conviennent au pressage et au frittage.
Q : Quelles sont les précautions à prendre lors de la manipulation de la poudre de TiAl3 ?
R : La poudre de TiAl3 est inflammable et sujette à l'oxydation. Il convient de porter un équipement de protection individuelle approprié et de manipuler la poudre sous atmosphère inerte afin d'éviter toute contamination. L'exposition à l'humidité et à l'oxygène dégrade la qualité de la poudre.
Conclusion
En résumé, TiAl3 est un important matériau intermétallique à haute température disponible sous forme de poudre pour diverses applications. Ses propriétés, telles que sa faible densité, sa solidité et sa résistance à l'oxydation à des températures élevées, lui permettent d'être utilisé dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et de l'énergie. Une manipulation, un stockage et un contrôle corrects de la poudre sont essentiels pour obtenir les propriétés finales de la pièce. Le TiAl3 présente des avantages par rapport aux alliages de titane conventionnels pour les cas d'utilisation structurelle à haute température, malgré certaines limitations au niveau de l'usinabilité et de la ductilité à température ambiante. Les recherches en cours visent à améliorer encore le matériau par des ajouts d'alliages et des techniques de traitement innovantes.
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