チタンおよびアルミニウムTA7パウダー
TA7パウダーは、チタンとアルミニウムからなる金属間化合物であるチタンアルミナイドファミリーに属します。このユニークな粉末は、卓越した強度、軽量特性、高温安定性を示し、多くのエンジニアリング用途に魅力的な選択肢となっています。
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目次
チタン・アルミニウムTA7パウダーの概要
TA7は、アルミニウムの軽量特性とチタンの強度および耐食性を組み合わせたチタン-アルミナイド金属間合金系に属します。TiとAlのほぼ等原子比は、高温用途に優れた特性のバランスを提供します。
TA7パウダーの主な特徴は以下の通り：
- 非常に高い比強度（強度重量比）
- 優れた高温引張強さとクリープ強さ
- ニッケルやスチール合金に比べて密度が低い。
- 様々な環境下での優れた耐食性
- さまざまな粒子サイズと形態で入手可能
TA7パウダーは、高温で作動する航空宇宙エンジンや機体の軽量化と効率向上に優れた選択肢として浮上してきた。
TA7粉末の化学組成
TA7パウダーの公称組成は以下の通り：
| エレメント | 重量 % |
|---|---|
| チタン（Ti） | バランス |
| アルミニウム（Al） | 7% |
| 錫（Sn） | 2-5% |
| ジルコニウム（Zr） | 1-4% |
| ケイ素 (Si) | 最大0.5% |
| カーボン（C） | 最大0.1% |
| 酸素 (O) | 最大0.13% |
スズとジルコニウムの量は、高温機械的特性を最適化するために変えることができる。Si、C、Oの不純物レベルは最小限に抑えられている。
TA7パウダーの特性
TA7パウダーの主な特性は以下の通り：
| プロパティ | 価値 |
|---|---|
| 密度 | 3.7-4.0 g/cm3 |
| 融点 | 1460°C |
| 熱伝導率 | 6.7 W/mK |
| 電気抵抗率 | 1.78 μΩ.cm |
| ヤング率 | 110 GPa |
| ポアソン比 | 0.32 |
| 引張強度 | 800 MPa |
| 降伏強度 | 760 MPa |
| 伸び | 1-2% |
| クリープ抵抗 | 190 MPa at 700°C |
高強度、低密度、耐酸化性、熱安定性などの特性により、TA7は最も要求の厳しい高温用途に適している。
TA7パウダーの製造方法
TA7パウダーは、次のような方法で製造することができる：
- ガス噴霧 - 高圧不活性ガスで溶融したTA7合金をアトマイズし、AMに最適な球状粉末を得る。
- プラズマ回転電極プロセス - 急速に回転する溶融金属流の遠心分解により、球状粉が生成される。
- 機械的合金化 - 元素混合TiとAl粉末の高エネルギーボールミリングとそれに続くアニール。
ガスアトマイズは、粒度分布、モルフォロジー、微細清浄度、流動性といった粉体特性の優れた制御を可能にする。
TA7パウダーの用途
TA7パウダーは一般的に使用されている：
- アディティブ・マニュファクチャリング - 複雑な翼形、インペラ、タービンブレードを製造するための選択的レーザー溶融。
- 金属射出成形 - 高い強度と耐熱性を必要とするターボチャージャー部品のような、小型で複雑なネットシェイプの部品を製造する。
- 溶射コーティング - プラズマまたはHVOF溶射により、バルブ表面、ベアリング、高温での耐摩耗性／耐腐食性が必要な着陸装置部品に適用される。
- 粉末冶金 - プレスと焼結により、航空宇宙用途の軽量・高強度構造部品を製造。
TA7パウダーの仕様
TA7パウダーは、様々なサイズ範囲、形状、純度レベルで入手可能である：
- 粒子径： AM法では15～45μm、溶射法では最大100μm。
- 形態学： 球形に近い粉末形状により、最適な流動性と充填密度を実現。
- 純粋さ： 不純物限界とプロセス要件に基づき、商業純度から超高純度レベルまで。
- 酸素含有量： ほとんどの用途で2000ppm未満を維持。
- 流量： 25 s/50 g以上の優れたフローレート用にカスタマイズされたパウダー。
TA7パウダーのグローバルサプライヤー
TA7パウダーの主な世界的サプライヤーには以下のようなものがある：
- AP&C（カナダ）
- TLSテクニク（ドイツ）
- サンドビック・オスプレイ（英国）
- テクナ（カナダ）
- ECKA顆粒（ドイツ）
- メタル・テクノロジー（英国）
これらの企業は、積層造形、溶射、粉末冶金、その他の高温用途に合わせた様々なグレードのTA7粉末を製造している。
TA7パウダーの価格
TA7粉末は、鋼やニッケル合金よりも価格が高い：
- 数量 - 500kg以上の大量注文の場合、1kgあたり$100-150。少量の場合、価格はかなり高くなります。
- 品質 - 高純度の球状パウダーは、高度なプロセスを用いて厳密に管理された条件下で製造されるため、プレミアム価格が要求されます。
- サプライヤー - 大手グローバル・サプライヤーは、生産量が多いため、中小メーカーに比べてコスト面で有利である。
- 地理 - 価格は地域によって異なり、ヨーロッパや北米はアジアに比べて高価格の市場である。
重要な用途では、バイヤーはTA7パウダーを調達する際、最低コストよりもパウダーの品質を重視すべきである。
TA7粉末の保管と取り扱い
TA7パウダーの保管と取り扱いには注意が必要である：
- 酸化を防ぐため、アルゴンなどの不活性ガス下で密閉容器に保管する必要がある。
- 粉塵爆発の危険を最小限にするため、微粉の蓄積を避ける。
- 粉体の取り扱い時には、適切なPPE、換気、接地、安全対策を行うこと。
- 引火性の危険性があるため、粉末と着火源との接触を避ける。
- サプライヤーのSDSに記載されている安全ガイドラインに従ってください。
この反応性の高い合金粉末の取り扱いには注意が必要である。
TA7パウダーの検査と試験
TA7パウダーで実施された主な品質管理試験：
- ICP-OESまたはXRFを用いた化学分析により、組成が仕様に適合していることを確認する。
- ASTM B822規格に準拠したレーザー回折法による粒度分布。
- SEM画像による形態分析。
- ASTM B213規格に準拠したホール流量計による粉体流量測定。
- ヘリウムピクノメトリーによる密度測定。
- 不活性ガス融解またはICP-MSによる不純物分析。
- X線回折による微細構造評価。
徹底したテストにより、用途に応じたバッチの一貫性とパウダーの品質が保証される。
TA7とインコネル718粉末の比較
TA7粉末とインコネル718粉末の比較：
| パラメータ | TA7 | インコネル718 |
|---|---|---|
| 密度 | 3.7-4.0 g/cm3 | 8.2 g/cm3 |
| 高温強度 | 比較可能 | 比較可能 |
| 耐酸化性 | より良い | グッド |
| コスト | より高い | より低い |
| 作業性 | 貧しい | 素晴らしい |
| アプリケーション | 航空宇宙部品 | 航空宇宙、自動車 |
| 空室状況 | 低い | すぐに入手可能 |
TA7はインコネル718よりも軽量化が可能である。しかし、加工性は悪く、チタンアルミナイド粉末の入手性は低い。
TA7パウダーに関するFAQ
Q: TA7パウダーはどのように製造されるのですか？
A: TA7 粉末は、ガスアトマイズ、プラズマ回転電極法、メカニカルアロイングに続くアニールを用いて商業的に生産されています。ガスアトマイズは粉末の特性を最もよくコントロールできます。
Q: TA7パウダーの主な用途は何ですか？
A: TA7パウダーの主な用途には、積層造形、溶射コーティング、金属射出成形、高温性能を必要とする軽量構造部品を製造する粉末冶金などがあります。
Q: 選択的レーザー溶融に使用される典型的なTA7粉末のサイズはどのくらいですか？
A: SLMプロセスでは、理想的なTA7粉末のサイズ範囲は15-45ミクロンで、球状の形態を持ち、粉末の流動性と充填密度が良好です。
Q: TA7パウダーは特別な取り扱いが必要ですか？
A: はい、反応性が高いため、不活性雰囲気下で、適切な換気、接地、PPEを使用して、火災や爆発の危険を防ぐために慎重に取り扱う必要があります。
Q: 航空宇宙部品に適したTA7パウダーはどこで購入できますか？
A: 軽量で高強度を必要とする航空宇宙用途には、AP&C、TLS Technik、Sandvik Osprey、Teknaなどの大手メーカーからTA7パウダーを購入することができます。
