3Dプリンティング用TiAl3パウダー
TiAl3粉末は、チタン、アルミニウム、そして時にはクロムやニオブのような少量の他の元素から成る金属間化合物である。TiAl3はL12結晶構造を持ち、ガスアトマイズにより通常10～150ミクロンの球状粉末粒子に加工されます。
TiAl3は、過酷な環境での高温用途に適したユニークな特性を持っています。チタンの耐食性と高強度、アルミニウムの低密度と高温能力を兼ね備えています。この材料は、高温での耐酸化性と強度に優れています。
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目次
TiAl3粉末はチタンとアルミニウムからなる金属間化合物です。軽量で耐酸化性があり、高温にも耐える。そのため、航空宇宙、自動車、エネルギー、その他の高性能用途に適しています。
TiAl3粉末の主な特性と特徴：
TiAl3粉末の特性と特性
| 化学式 | TiAl3 |
| 密度 | 3.4 g/cm3 |
| 融点 | 1395°C |
| ヤング率 | 170 GPa |
| 熱膨張係数 | 11 x 10-6 K-1 |
| 熱伝導率 | 29 W/m-K |
| 電気抵抗率 | 125 μΩ-cm |
| 耐酸化性 | 1000℃まで良好 |
TiAl3粉末は、ガスアトマイズ、プラズマ回転電極法（PREP）、メカニカルアロイングなど、さまざまな方法で製造できる。粉末のサイズ、形態、組成、微細構造およびその他の特性は、製造方法によって異なる。
チタンの含有量は通常55～65wt%の範囲であり、アルミニウムが残りを占める。少量のクロム、ニオブ、炭素、酸素が最大1%まで含まれることがある。Ti：Alの比率は、特性を最適化するために調整することができる。
TiAl3粉末の特性
| プロパティ | 価値 |
|---|---|
| 密度 | 3.7-4.0 g/cm3 |
| 融点 | 1350°C |
| 熱伝導率 | ~20 W/m-K |
| 電気抵抗率 | 125-185 μΩ-cm |
| ヤング率 | 160-180 GPa |
| ポアソン比 | 0.25-0.35 |
| 熱膨張係数 | 11-13 x 10-6 /°C |
主な特性は、チタン合金に比べて密度が低いこと、融点が高いこと、熱伝導率が中程度であること、高温でも強度と剛性が保たれることなどである。
TiAl3粉末の特性
| 属性 | 詳細 |
|---|---|
| 粒子形状 | 主に球形 |
| 粒子径 | 10 - 150 μm |
| 流動性 | グッド |
| 見かけ密度 | ~2.5 g/cm3 |
| タップ密度 | ~3.5 g/cm3 |
| 表面積 | 0.1-0.3 m2/g |
| 純度 | >99.5% |
TiAl3粉末は、滑らかな表面を持つ球状形態を有し、良好な流動性と充填特性を有する。低酸素、低窒素で脆化を防ぎます。
TiAl3粉末の用途
TiAl3の特性を生かした主な用途には、以下のようなものがある：
積層造形におけるTiAl3粉末の応用
- TiAl3粉末は、選択的レーザー溶融（SLM）や電子ビーム溶融（EBM）などの粉末床溶融プロセスで使用され、航空宇宙や自動車用の複雑なチタンアルミナイド部品を製造している。
- 粉末床AMでは、Ti6Al4Vに比べて反応性が低く、印刷が容易である。TiAl3部品は微細構造を持ち、機械的特性は鋳造および鍛造合金に匹敵する。
- TiAl3を使用したAMは、タービンブレード、ターボチャージャーホイール、排気部品などの軽量設計、部品点数の削減、アセンブリの統合を可能にします。
TiAl3粉末の溶射への応用
- TiAl3粉末の溶射皮膜は、タービンブレード、ベーン、燃焼缶などに高温での耐酸化性と耐食性を提供します。
- TiAl3は、ニッケル合金やチタンコーティングよりも優れた耐熱性を持つ。TiAl3コーティングは700～900℃で使用できる。
- コーティングは、プラズマ・スプレー、高速オキシ燃料（HVOF）、またはウォーム・スプレー・プロセスで行われる。一般的なコーティングの厚さは150～500ミクロンである。
レーザークラッディングにおけるTiAl3粉末の応用
- TiAl3粉末は、チタンまたはニッケル合金基板上にレーザークラッドして、表面保護合金層を形成することができる。
- クラッド層は高温強度、耐酸化性、耐摩耗性を向上させる。
- レーザークラッディングは、高温腐食条件にさらされるジェットエンジンや陸上タービン部品に使用される。
TiAl3パウダー仕様
TiAl3粉末は、以下のような仕様に適合するいくつかの標準グレードで入手可能である：
TiAl3粉末組成物
| グレード | Ti wt% | Al wt% | その他 |
|---|---|---|---|
| Ti-45Al-3Nb | 45% | バランス | 3% Nb |
| Ti-55Al | 55% | バランス | – |
| Ti-62Al | 62% | バランス | – |
一般的な組成は、Ti-45Al、Ti-55Al、Ti-62Alなどのチタン含有量に基づく。少量のクロムやニオブが含まれている場合もある。
TiAl3粉末の粒度分布
| 粒子径 | 流通 |
|---|---|
| -150 +45 μm | 最大5% |
| -45 +22 μm | 40-60% |
| -22 μm | バランス |
AMプロセスの典型的なサイズ分布は22～45μmが中心で、22μm以下の微粉が最小となる。溶射には150μmまでの大きなサイズが使用されます。
TiAl3粉末標準
- ASTM B821 - プラズマ技術による耐火合金粉末および成形品の調製に関する規格
- AMS 4982 - 粉末消耗品、チタンアルミナイド、プラズマアトマイズ
- AMS 7008 - 溶射コーティング用チタンアルミナイド合金粉末
粉末の製造、サンプリング、試験、受け入れは、耐火合金とチタンアルミナイドの工業規格に従います。
TiAl3粉末には、一般的に使用されている他の粉末と比較して、いくつかの長所と短所がある：
TiAl3粉末と他の粉末との比較
| パラメータ | TiAl3 | Ti6Al4V | AlSi10Mg |
|---|---|---|---|
| 密度 | より低い | より高い | より低い |
| 高温での強度 | より高い | より低い | はるかに低い |
| 耐酸化性 | 素晴らしい | 中程度 | 貧しい |
| 熱伝導率 | より高い | より低い | より高い |
| コスト | より高い | より低い | より低い |
| 製造可能性 | より困難 | より簡単に | より簡単に |
| アプリケーション | 航空宇宙、自動車 | 航空宇宙、バイオメディカル | 自動車、一般 |
- TiAl3は、Ti6Al4Vのようなチタン合金よりも600℃以上の温度で高い強度を持つ。
- チタンやアルミニウム合金に比べて耐酸化性に優れている。
- アルミニウムを多く含むため、チタン合金より高価
- 常温ではチタン合金ほど機械加工や成形が容易ではない
- 高温構造用途に最適
TiAl3が他の合金系と比較して優れている点、あるいは劣っている点を理解することで、その利点を活用するための理想的な用途を特定することができる。
TiAl3 粉末 供給者
TiAl3粉末は、世界中の数多くのサプライヤーから市販されている。主なメーカーは以下の通り：
TiAl3パウダーメーカー
| 会社概要 | 製品グレード | 所在地 |
|---|---|---|
| アメテック | TiAl3-100A, TiAl3-500 | アメリカ |
| エーピーアンドシー | TiAl3-230, TiAl3-360 | カナダ |
| サンドビック | TiAl3 オスプレイ・パウダー | スウェーデン |
| TLSテクニーク | TiAl3-100A | ドイツ |
| プラクセア | TiAl3-100A | アメリカ |
TiAl3パウダー価格
| グレード | 粒子径 | 価格帯 |
|---|---|---|
| TiAl3-100A | 15-45 μm | $450〜$550/kg |
| TiAl3-230 | 45-180 μm | $350〜$450/kg |
| TiAl3-500 | 10-45 μm | $500〜$600/kg |
価格は購入量、純度レベル、粒度分布、形態によって異なる。カスタム合金組成も可能だが、より高価になる。
よくあるご質問
Q: TiAl3粉末の製造にはどのような方法がありますか？
A: 主な製造方法は、ガスアトマイズ法、プラズマ回転電極法、メカニカルアロイング法です。それぞれの方法によって、用途に適した粉末の特性が異なります。
Q: TiAl3はチタン合金に適合しますか？
A:TiAl3はTi6Al4Vのようなチタン合金への固溶性は非常に限られています。TiAl3粉末をチタン合金粉末と混合することは、脆い金属間化合物を形成するため推奨されません。
Q: TiAl3にはどのような合金元素を加えることができますか？
A: Nb、Cr、Ni、Cuのような元素は、微細構造や機械的特性を改良するためにTiAl3と合金化されてきた。しかし、過剰な合金化は耐酸化性に悪影響を及ぼします。
Q: PREPとガスアトマイズTiAl3粉末の違いは何ですか？
A: PREPパウダーは、アディティブ・マニュファクチャリングに理想的な微細な球状粒子であるのに対し、ガスアトマイズパウダーは、プレスや焼結に適した、やや粗めでコスト効率の高い粒子です。
Q: TiAl3粉末の取り扱いにはどのような注意が必要ですか？
A: TiAl3 粉末は可燃性で酸化しやすい。汚染を防ぐため、適切なPPEを着用し、不活性雰囲気下で取り扱う必要がある。水分や酸素にさらされると粉末の品質が劣化する。
結論
要約すると、TiAl3は様々な用途に粉末状で利用できる重要な高温金属間材料である。低密度、強度、高温での耐酸化性などの特性により、航空宇宙、自動車、エネルギー産業などに適している。粉末の適切な取り扱い、保管、試験は、最終的な部品特性を達成するために非常に重要です。TiAl3は、機械加工性と室温での延性において若干の制限があるにもかかわらず、高温構造用途において従来のチタン合金よりも優れた利点を提供します。現在進行中の研究は、合金添加と革新的な加工技術によって、この材料をさらに改善することを目指しています。
