3D 프린팅용 TiAl3 분말
TiAl3 분말은 티타늄, 알루미늄, 크롬 또는 니오븀과 같은 소량의 다른 원소로 구성된 금속 간 화합물입니다. L12 결정 구조를 가지며 가스 분무를 통해 일반적으로 10-150미크론 범위의 구형 분말 입자로 생산됩니다.
TiAl3는 혹독한 환경의 고온 애플리케이션에 적합한 고유한 특성을 가지고 있습니다. 티타늄의 내식성 및 고강도와 알루미늄의 저밀도 및 고온 성능을 결합한 소재입니다. 이 소재는 고온에서 내산화성과 강도가 우수합니다.
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목차
TiAl3 분말은 티타늄과 알루미늄으로 구성된 금속 간 화합물입니다. 가볍고 산화에 강하며 고온을 견딜 수 있습니다. 따라서 항공우주, 자동차, 에너지 및 기타 고성능 애플리케이션에 사용하기에 적합합니다.
TiAl3 분말의 몇 가지 주요 특성 및 특징:
TiAl3 분말 특성 및 특성
| 화학 공식 | TiAl3 |
| 밀도 | 3.4g/cm3 |
| 녹는점 | 1395°C |
| 영의 계수 | 170 GPa |
| 열팽창 계수 | 11 x 10-6 K-1 |
| 열 전도성 | 29 W/m-K |
| 전기 저항 | 125 μΩ-cm |
| 내산화성 | 최대 1000°C까지 탁월한 성능 |
TiAl3 분말은 가스 분무, 플라즈마 회전 전극 공정(PREP), 기계적 합금 등 다양한 방법을 통해 생산할 수 있습니다. 분말 크기, 형태, 조성, 미세 구조 및 기타 특성은 생산 방법에 따라 달라집니다.
티타늄 함량은 일반적으로 55-65 wt% 범위이며 알루미늄이 균형을 이룹니다. 크롬, 니오븀, 탄소 또는 산소가 최대 1%까지 소량 함유될 수 있습니다. Ti:Al의 비율은 특성을 최적화하기 위해 조정할 수 있습니다.
TiAl3 분말 특성
| 속성 | 가치 |
|---|---|
| 밀도 | 3.7-4.0g/cm3 |
| 융점 | 1350°C |
| 열 전도성 | ~20W/m-K |
| 전기 저항 | 125-185 μΩ-cm |
| 영의 계수 | 160-180 GPa |
| 푸아송 비율 | 0.25-0.35 |
| 열팽창 계수 | 11-13 x 10-6 /°C |
주요 특성으로는 티타늄 합금에 비해 낮은 밀도, 높은 융점, 적당한 열전도율, 고온에서 강도와 강성 유지 등이 있습니다.
TiAl3 분말 특성
| 속성 | 세부 정보 |
|---|---|
| 파티클 모양 | 주로 구형 |
| 입자 크기 | 10 - 150 μm |
| 유동성 | 양호 |
| 겉보기 밀도 | ~2.5g/cm3 |
| 탭 밀도 | ~3.5g/cm3 |
| 표면적 | 0.1-0.3 m2/g |
| 순도 | >99.5% |
TiAl3 분말은 표면이 매끄럽고 흐름 및 패킹 특성이 좋은 구형 형태를 가지고 있습니다. 취성을 방지하기 위해 산소와 질소가 적습니다.
TiAl3 분말의 응용 분야
TiAl3의 특성을 활용하는 주요 응용 분야는 다음과 같습니다:
적층 제조에서의 TiAl3 분말 응용 분야
- TiAl3 분말은 항공우주 및 자동차에 사용되는 복잡한 티타늄 알루미나이드 부품을 제조하기 위해 선택적 레이저 용융(SLM) 및 전자빔 용융(EBM)과 같은 분말층 용융 공정에 사용됩니다.
- 파우더 베드 AM에서 Ti6Al4V에 비해 반응성이 낮고 프린팅이 용이합니다. TiAl3 부품은 주조 및 단조 합금에 필적하는 미세한 미세 구조와 기계적 특성을 가지고 있습니다.
- TiAl3를 사용한 AM은 터빈 블레이드, 터보차저 휠, 배기 부품 등의 경량 설계, 부품 수 감소, 어셈블리 통합을 가능하게 합니다.
열분사에서의 TiAl3 분말 응용
- TiAl3 분말의 용사 코팅은 터빈 블레이드, 베인, 연소 캔 등에 고온에서 산화 및 내식성을 제공합니다.
- 니켈 합금 및 티타늄 코팅보다 온도 성능이 우수합니다. TiAl3 코팅은 700-900°C에서 작동할 수 있습니다.
- 코팅은 플라즈마 스프레이, 고속 산소 연료(HVOF) 또는 웜 스프레이 공정을 통해 적용됩니다. 일반적인 코팅 두께는 150-500미크론입니다.
레이저 클래딩의 TiAl3 분말 응용 분야
- TiAl3 분말은 티타늄 또는 니켈 합금 기판에 레이저로 클래딩하여 보호 표면 합금 층을 형성할 수 있습니다.
- 클래드 레이어는 향상된 고온 강도, 내산화성 및 내마모성을 제공합니다.
- 레이저 클래딩은 고온 부식 조건에 노출되는 제트 엔진 및 육상 터빈 부품에 사용됩니다.
TiAl3 파우더 사양
TiAl3 분말은 다음과 같은 사양을 준수하는 여러 표준 등급으로 제공됩니다:
TiAl3 분말 조성
| 등급 | Ti wt% | Al wt% | 기타 |
|---|---|---|---|
| Ti-45Al-3Nb | 45% | 잔액 | 3% Nb |
| Ti-55Al | 55% | 잔액 | – |
| Ti-62Al | 62% | 잔액 | – |
일반적인 구성은 티타늄의 중량 비율을 나타내는 Ti-45Al, Ti-55Al 또는 Ti-62Al와 같은 티타늄 함량을 기준으로 합니다. 소량의 크롬 또는 니오븀이 함유되어 있을 수 있습니다.
TiAl3 분말 입자 크기 분포
| 입자 크기 | 배포 |
|---|---|
| -150 +45 μm | 최대 5% |
| -45 +22 μm | 40-60% |
| -22 μm | 잔액 |
적층 제조 공정의 일반적인 크기 분포는 22~45μm를 중심으로 하며 최소 미세도는 22μm 미만입니다. 최대 150μm의 더 큰 사이즈는 열 스프레이에 사용됩니다.
TiAl3 분말 표준
- ASTM B821 - 플라즈마 기법을 통한 내화 합금 분말 및 컴팩트 제조 표준
- AMS 4982 - 분말 소모품, 티타늄 알루미나이드, 플라즈마 원자화
- AMS 7008 - 용사 코팅용 티타늄 알루미나이드 합금 분말
분말 제조, 샘플링, 테스트 및 승인은 내화 합금 및 티타늄 알루미나이드에 대한 산업 표준을 따릅니다.
TiAl3 분말은 일반적으로 사용되는 다른 분말에 비해 몇 가지 장단점이 있습니다:
TiAl3 분말과 다른 분말의 비교
| 매개변수 | TiAl3 | Ti6Al4V | AlSi10Mg |
|---|---|---|---|
| 밀도 | Lower | 더 높음 | Lower |
| 고온에서의 강도 | 더 높음 | Lower | 훨씬 낮음 |
| 내산화성 | 우수 | 보통 | Poor |
| 열 전도성 | 더 높음 | Lower | 더 높음 |
| 비용 | 더 높음 | Lower | Lower |
| 제조 가능성 | 더 어려운 | 더 쉬움 | 더 쉬움 |
| 애플리케이션 | 항공우주, 자동차 | 항공우주, 바이오메디컬 | 자동차, 일반 |
- TiAl3는 600°C 이상의 온도에서 Ti6Al4V와 같은 티타늄 합금보다 강도가 높습니다.
- 티타늄 및 알루미늄 합금에 비해 우수한 내산화성을 제공합니다.
- 알루미늄 함량이 높기 때문에 티타늄 합금보다 비쌉니다.
- 상온에서 티타늄 합금만큼 쉽게 가공하거나 성형할 수 없습니다.
- 고온 구조물 애플리케이션에 가장 적합
TiAl3가 다른 합금 시스템과 비교하여 성능이 뛰어나거나 부족한 부분을 이해함으로써 이 장점을 활용할 수 있는 이상적인 애플리케이션을 파악할 수 있습니다.
TiAl3 분말 공급업체
TiAl3 분말은 전 세계 여러 공급업체에서 시판되고 있습니다. 주요 제조업체는 다음과 같습니다:
TiAl3 분말 제조업체
| 회사 | 제품 등급 | 위치 |
|---|---|---|
| AMETEK | TiAl3-100A, TiAl3-500 | 미국 |
| AP&C | TiAl3-230, TiAl3-360 | 캐나다 |
| 샌드빅 | TiAl3 오스프리 파우더 | 스웨덴 |
| TLS 테크닉 | TiAl3-100A | 독일 |
| 프렉스에어 | TiAl3-100A | 미국 |
TiAl3 분말 가격
| 등급 | 입자 크기 | 가격 범위 |
|---|---|---|
| TiAl3-100A | 15-45 μm | $450-$550/kg |
| TiAl3-230 | 45-180 μm | $350-$450/kg |
| TiAl3-500 | 10-45 μm | $500-$600/kg |
가격은 구매량, 순도 수준, 입자 크기 분포 및 형태에 따라 달라집니다. 맞춤형 합금 구성도 가능하지만 더 비쌉니다.
자주 묻는 질문
Q: TiAl3 분말을 생산하기 위해 어떤 방법을 사용할 수 있나요?
A: 주요 생산 방법은 가스 분무, 플라즈마 회전 전극 공정 및 기계적 합금입니다. 각 방법은 각기 다른 용도에 적합한 다양한 분말 특성을 제공합니다.
Q: TiAl3는 티타늄 합금과 호환되나요?
A: TiAl3는 Ti6Al4V와 같은 티타늄 합금에서 고체 용해도가 매우 제한적입니다. 부서지기 쉬운 금속 간 상이 형성되므로 TiAl3 분말을 티타늄 합금 분말과 혼합하지 않는 것이 좋습니다.
Q: TiAl3에 어떤 합금 원소를 첨가할 수 있나요?
A: 미세 구조와 기계적 특성을 변경하기 위해 Nb, Cr, Ni, Cu와 같은 원소를 TiAl3에 합금했습니다. 그러나 과도한 합금은 내산화성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
Q: PREP과 가스 분무 TiAl3 분말의 차이점은 무엇인가요?
A: PREP 파우더는 적층 제조에 이상적인 미세한 구형 입자를 가지고 있는 반면, 가스 분무 파우더는 프레싱 및 소결에 적합한 약간 더 거칠고 비용 효율적인 입자를 가지고 있습니다.
Q: TiAl3 분말을 취급할 때 어떤 예방 조치를 취해야 하나요?
A: TiAl3 분말은 가연성이며 산화되기 쉽습니다. 오염을 방지하기 위해 적절한 PPE를 착용하고 불활성 분위기에서 취급해야 합니다. 습기와 산소에 노출되면 파우더 품질이 저하됩니다.
결론
요약하면, TiAl3는 다양한 응용 분야에서 분말 형태로 제공되는 중요한 고온 금속 간 재료입니다. 낮은 밀도, 강도 및 고온에서의 산화 저항성과 같은 특성으로 인해 항공우주, 자동차 및 에너지 산업에 적합합니다. 파우더의 적절한 취급, 보관 및 테스트는 최종 부품 특성을 달성하는 데 매우 중요합니다. TiAl3는 가공성과 실온 연성에서 일부 한계가 있지만 고온 구조물 사용 사례에서 기존 티타늄 합금에 비해 이점을 제공합니다. 현재 진행 중인 연구는 합금 첨가 및 혁신적인 가공 기술을 통해 소재를 더욱 개선하는 것을 목표로 하고 있습니다.
