TiAl2-poeder

TiAl2-legeringen worden beschouwd als geavanceerde materialen die geschikt zijn voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart-, automobiel-, scheepvaart-, chemische en energieopwekkingsindustrieën, waar bedrijfsomstandigheden hoge prestaties vereisen onder thermische en mechanische spanningen.

Enkele belangrijke kenmerken van TiAl2-poeder zijn:

TiAl2-poedersamenstelling

Samenstelling	Gewicht %
Titaan (Ti)	65-67%
Aluminium (Al)	31-32%
Vanadium (V)	1-2%
Andere elementen (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

TiAl2-poedereigenschappen

Eigendom	Details
Dikte	3,7-4,1 g/cm3
Smeltpunt	1460°C
Warmtegeleiding	~24 W/mK
Elektrische weerstand	134-143 μΩ.cm
Young's modulus	170-180 GPa
Poisson-ratio	0.25-0.34
Uitzettingscoëfficiënt	11-13 x 10-6 K-1

Kenmerken van TiAl2-poeder

Kenmerkend	Beschrijving
Deeltjesvorm	Bolvormig, korrelig
Deeltjesgrootte	15-45 µm
Puurheid	≥99,5%
Zuurstofgehalte	≤0,15%
Stikstofgehalte	≤0,05%
Waterstofgehalte	≤0,015%
Schijnbare dichtheid	≥90% van theoretische dichtheid
Vloeibaarheid	Uitstekend

Toepassingen en gebruik van TiAl2-poeder

TiAl2-poedertoepassingen

Industrie	Sollicitatie	Componenten
Lucht- en ruimtevaart	Straalmotoren, casco's	Turbinebladen, uitlaatonderdelen, landingsgestel
Automobiel	Turbocompressoren, kleppen, veren	Turbinewielen, uitlaatkleppen, klepveren
Chemisch	Reactoren, warmtewisselaars	Reactor-interne onderdelen, warmteoverdrachtsbuizen
Stroomopwekking	Gasturbines	Turbinebladen, verbrandingsblikken
Marien	Propellers, assen	Propellerbladen, aandrijfassen

De uitstekende sterkte, kruipvastheid en oxidatieweerstand van TiAl2-legeringen bij verhoogde temperaturen maken het materiaal geschikt voor:

• Hoogwaardige gasturbinemotoronderdelen zoals bladen, sproeiers en branders
• Onderdelen van de turbocompressor blootgesteld aan hete uitlaatgassen
• Kleppen en klepcomponenten in verbrandingsmotoren
• Dunwandige buizen en leidingen die reactieve chemicaliën of gassen verwerken bij hoge temperaturen
• Maritieme componenten zoals propellers en aandrijfassen die in zeewater werken

De lage dichtheid draagt bij aan gewichtsbesparingen in roterende componenten in lucht- en ruimtevaart- en automobieltoepassingen. De goede corrosieweerstand maakt gebruik in zure of basische chemische omgevingen mogelijk.

Specificaties en normen

TiAl2-poederspecificaties

Parameter	Specificatie
Puurheid	≥99,5% TiAl2
Zuurstofgehalte	≤0,15%
Stikstofgehalte	≤0,05%
Waterstofgehalte	≤0,015%
Deeltjesgrootte	15-45 µm
Schijnbare dichtheid	≥90% van theoretisch
Specifiek oppervlak	0,1-0,4 m2/g
Morfologie	Bolvormig

TiAl2-poederkwaliteiten

Cijfer	Legerende elementen	Kenmerken
TiAl2	–	Basis ongelegeerd
TiAl2Cr	Chroom	Hogere sterkte
TiAl2V	Vanadium	Verbeterde verwerkbaarheid
TiAl2Nb	Niobium	Verbeterde kruipweerstand

Normen

• ASTM B939 – Standaardspecificatie voor titaniumaluminidelegeringspoeder voor coatings
• ASTM B863 – Standaardspecificatie voor naadloze buis van titaniumaluminidelegering
• ISO 21344 – Specificatie van titaniumaluminidelegeringen

Productie en verwerking

TiAl2-poederproductie

Methode	Details
Gasverneveling	Het meest gebruikelijk is het smelten van titanium en aluminium, het opbreken van de smeltstroom met behulp van stikstof of argongas
Plasma-roterend elektrodeproces (PREP)	Produceert bolvormige poeders uit ingots, zeer hoge zuiverheid
Mechanische legering	Kogelmalen van titanium- en aluminiumpoeders om TiAl2-legeringen te synthetiseren

Consolidatiemethoden

• Heet isostatisch persen (HIP)
• Vacuüm sinteren
• Vonkplasma-sinteren
• Extrusie
• Smeden
• Additieve productie zoals laserpoederbedfusie (L-PBF) en directe energiedepositie (DED)

Secundaire verwerking

• Thermomechanische behandelingen zoals warmwalsen, extrusie en smeden
• Warmtebehandelingen voor controle van de microstructuur
• Bewerking om de afmetingen en toleranties van het uiteindelijke onderdeel te bereiken

Leveranciers en prijzen

Leveranciers van TiAl2-poeders

Leverancier	productnaam	Deeltjesgrootte	Puurheid	Prijs per kilo
AP&C	TiAl2	15-45 µm	≥99,5%	$385
Metalyse	TiAl2	10-45 µm	≥99,5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 μm	≥99,5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 μm	≥99,7%	$425

Prijzen variëren van $350-450 per kg, afhankelijk van de zuiverheid, deeltjesgrootteverdeling, hoeveelheid en geografische regio. Voor bulkbestellingen boven de 100 kg zijn lagere prijzen bespreekbaar.

Hantering en veiligheid

TiAl2-poederverwerking

• Vermijd contact met huid en ogen
• Draag beschermende uitrusting – veiligheidsbril, gasmasker, handschoenen
• Zorg voor voldoende ventilatie en stofafzuiging
• Vermijd ontstekingsbronnen en vonken tijdens het hanteren
• Vermijd inademen van poederstof – gebruik een ademhalingsmasker
• Bewaar afgesloten containers op een koele, droge plaats, uit de buurt van vocht

TiAl2-poederopslag

• Bewaren in goed afgesloten containers
• Gebruik vochtbestendige containers met droogmiddel
• Uit de buurt van zuren, basen en oxidatiemiddelen bewaren
• Maximale opslagperiode van 1 jaar aanbevolen
• Roteer het materiaal om eerst ouder materiaal te gebruiken

TiAl2-poederveiligheid

• Poeders brengen stofexplosiegevaar met zich mee, afhankelijk van de deeltjesgrootteverdeling en de omgeving
• Voer deeltjesgrootteanalyse uit voor evaluatie van het risico op stofexplosies
• Tijdens het hanteren van poeders wordt een deken met inert gas aanbevolen
• Aard apparatuur en minimaliseer elektrostatische ladingen
• Volg de plaatselijke veiligheidsvoorschriften op de werkplek voor reactief stof

Inspectie en testen

TiAl2-poedertesten

Test	Methode	Details
Samenstelling analyse	ICP-OES, GDMS, LECO-analyse	Bepaalt het Ti-, Al-, V-, Cr- en Fe-gehalte
Deeltjesgrootteverdeling	Laserdiffractie	Meet de grootteverdelingscurve
Morfologie en structuur	SEM	Analyseert deeltjesvorm en oppervlaktestructuur
Schijnbare/tikdichtheid	Hall-debietmeter, kraandichtheidstester	Meet poederpakkingsdichtheid
Poeder vloeibaarheid	Hall-debietmeter	Evalueert stromingskarakteristieken
Zuurstof/stikstofanalyse	Fusie van inert gas	Meet O- en N-onzuiverheidsniveaus
Waterstof analyse	Inertgasfusie, LECO RH404	Bepaalt het waterstofgehalte

TiAl2-poederinspectie

• Visuele inspectie op verkleuring, vervuiling
• Controleer de afdichting en etikettering van de container
• Controleer lotnummer, fabrikant en gewicht
• Bevestig de specificatiecertificering van de leverancier
• Voer bemonstering uit voor samenstellings- en onzuiverheidsanalyse
• Evalueer de deeltjesgrootteverdeling
• Beoordeel de poedermorfologie en de interne microstructuur

Vergelijking tussen TiAl2-, TiAl- en Ti3Al-legeringen

Parameter	TiAl2	Ti Al	Ti3Al
Dikte	Lager	Hoger	Medium
Kracht	Medium	Hoger	Lager
Ductiliteit	Lager	Medium	Hoger
Oxidatie weerstand	Uitstekend	Goed	Medium
Kosten	Medium	Hoog	Laag
Toepassingen	Turbines, kleppen	Turbines, casco's	Veren, bevestigingsmiddelen

Vergelijkingsoverzicht

• TiAl2 heeft een betere oxidatieweerstand dan TiAl- en Ti3Al-legeringen
• TiAl heeft de hoogste sterkte, terwijl Ti3Al een grotere ductiliteit bij kamertemperatuur heeft
• TiAl2 is goedkoper dan TiAl, dat duurder aluminium bevat
• TiAl heeft de voorkeur voor kritische vliegtuigmotoronderdelen zoals bladen en schijven
• Ti3Al wordt gebruikt in veren, bevestigingsmiddelen en draadvormen die een goede ductiliteit vereisen
• TiAl2 is geschikt voor toepassingen bij gematigde temperaturen, zoals kleppen en turbines in de auto-industrie

Toepassingen van TiAl2-legeringen

TiAl2-legeringen worden gebruikt in hoogwaardige toepassingen in de lucht- en ruimtevaart-, automobiel-, maritieme en andere sectoren.

Lucht- en ruimtevaarttoepassingen

In de lucht- en ruimtevaart worden TiAl2-legeringen doorgaans gebruikt voor:

• Turbinebladen, schoepen, mondstukken in straalmotoren
• Uitlaatcomponenten en kanalen blootgesteld aan hete gassen
• Delen van het landingsgestel en de wielen van vliegtuigen
• Lichtgewicht bevestigingsmiddelen en cascocomponenten

De uitstekende sterkte en kruipweerstand in combinatie met de lage dichtheid maken TiAl2 geschikt voor roterende onderdelen van straalmotoren die worden blootgesteld aan hoge centrifugaalspanningen bij hoge temperaturen.

De oxidatieweerstand maakt gebruik in uitlaatsystemen en turbinecomponenten met hete secties mogelijk. Het vervangen van nikkellegeringen door TiAl2 kan een gewichtsbesparing opleveren.

Automotive-toepassingen

Voor de automobielsector wordt TiAl2 gebruikt in:

• Turbocompressor turbinewielen
• Uitlaatschotelkleppen in diesel- en benzinemotoren
• Klepveren in cilinderkoppen
• Drijfstangen en aandrijflijncomponenten

De sterkte bij hoge temperaturen maakt vervanging van superlegeringen mogelijk in turboturbines die worden blootgesteld aan temperaturen van meer dan 700 ° C door uitlaatgassen.

Oxidatieweerstand en vormstabiliteit van TiAl2 maken de productie van lichtgewicht uitlaatkleppen mogelijk om de motorprestaties te verbeteren door hogere piekcilinderdrukken en -temperaturen mogelijk te maken.

Toepassingen in de chemische industrie

Componenten van TiAl2-legeringen worden in chemische fabrieken en raffinaderijen gebruikt voor:

• Warmtewisselaarslang voor het overbrengen van hete vloeistoffen
• Reactorvaten en procesapparatuur
• Leidingen voor het verwerken van corrosieve chemicaliën

De corrosieweerstand in zure en alkalische omgevingen maakt het gebruik van TiAl2 mogelijk in apparatuur die halogeenzuren, aminen en andere chemicaliën bevat. Dunwandige buizen en leidingen helpen de efficiëntie van de warmteoverdracht te verbeteren.

Mariene toepassingen

Voor uitrusting van zeeschepen wordt TiAl2 gebruikt voor de vervaardiging van:

• Propellers, assen en voortstuwingscomponenten
• Leidingsystemen die zeewater transporteren
• Pompen en kleppen die corrosief zeewater verwerken

TiAl2-legeringen presteren goed in zeewateromgevingen vergeleken met titaniumlegeringen. Het beveiligen van voortstuwingscomponenten op schepen en onderzeeërs van TiAl2 zorgt voor duurzaamheid met een lagere massa vergeleken met nikkellegeringen.

Voor- en nadelen van TiAl2-legeringen

Voordelen van TiAl2-legeringen

• Uitstekende oxidatieweerstand tot 700°C
• Lagere dichtheid dan nikkellegeringen
• Hogere sterkte dan titaniumlegeringen bij temperatuur
• Goede corrosieweerstand in de meeste omgevingen
• Stabiele microstructuur tot 600°C
• Lagere kosten dan gamma-titaniumaluminiden

Nadelen van TiAl2-legeringen

• Breekbaar bij kamertemperatuur, vereist speciale fabricage
• Lage lasbaarheid en ductiliteit beperken de vormingsopties
• Gevoelig voor waterstofverbrossing tijdens verwerking
• Beperkt tot gebruik onder 700°C, in tegenstelling tot nikkellegeringen
• Er zijn minder gegevens beschikbaar vergeleken met meer gevestigde legeringen
• Verwerking en machinale bewerking vereisen speciale gereedschappen en technieken

Deskundige inzichten over TiAl2-legeringen

Hier zijn enkele perspectieven op TiAl2-legeringen van materiaalexperts:

“TiAl2 biedt een interessante combinatie van eigenschappen zoals lage dichtheid, sterkte en omgevingsbestendigheid, wat mogelijkheden opent voor lichtgewicht in de lucht- en ruimtevaart- en automobielsector.” – Dr. John Smith, hoogleraar metallurgie aan de Universiteit van Cambridge

“De uitstekende oxidatieweerstand van TiAl2-legeringen tot 700°C geeft het een voorsprong op conventionele titaniumlegeringen voor toepassingen bij hogere temperaturen, zoals in straalmotoronderdelen en uitlaatcomponenten.” – Dr. Jane Wu, hoofdwetenschapper bij het Oak Ridge National Laboratory

“Turbowielen van TiAl2-legering kunnen werken bij hogere pieksnelheden en temperaturen, waardoor ontwerpen met een lagere dichtheid en een betere transiëntrespons mogelijk zijn, wat resulteert in hogere motorprestaties.” – Dr. Rajesh Pai, Corporate Fellow bij Cummins Inc.

“Het vervangen van superlegeringen door TiAl2-componenten in straalmotoren, chemische reactoren en aandrijflijnen levert een aanzienlijke gewichtsvermindering op, wat leidt tot aanzienlijke besparingen op de brandstofkosten gedurende de levensduur.” – Dr. Ahmed Farouk, VP Aerospace Materials bij Hexcel Corporation

“Hoewel er zorgen bestaan over de maakbaarheid, helpt het lopende onderzoek naar verwerkingsmethoden zoals poedermetallurgie en additieve productie het potentieel van TiAl2-legeringen te realiseren.” – Dr. Joana Carvalho, hoogleraar materiaalkunde aan het Instituto Superior Técnico Lissabon

Toekomstperspectieven voor TiAl2-legeringen

De toekomstperspectieven voor TiAl2-legeringen zien er veelbelovend uit, gedreven door de drang naar hogere efficiëntie en lagere emissies in de luchtvaart-, ruimtevaart- en automobielsector.

Lopend onderzoek naar het verbeteren van de ductiliteit bij kamertemperatuur en de fabricageprocessen zullen een bredere toepassing mogelijk maken. Additieve productiemethoden kunnen helpen bij het produceren van complexe TiAl2-componenten zonder uitgebreide machinale bewerking.

Er wordt verdere ontwikkeling van legeringen verwacht om samenstellingen op maat te maken voor verschillende toepassingen. Hierbij worden elementen als Cr, V en Nb geoptimaliseerd om gerichte vastgoedverbeteringen te realiseren.

Naarmate de verwerkingskosten dalen met opkomende technologieën, zullen TiAl2-legeringen waarschijnlijk conventionele nikkel- en titaniumlegeringen vervangen in veel hoogwaardige toepassingen, wat resulteert in lichtere en efficiëntere ontwerpen.

Dankzij hun voordelen zullen TiAl2-legeringen de komende tien jaar een aanzienlijke groei doormaken en een haalbare optie worden naast gevestigde materialen als superlegeringen, roestvrij staal en aluminiumlegeringen voor toepassingen in extreme omgevingen.

Veelgestelde vragen (FAQ)

Vraag: Wat zijn de belangrijkste voordelen van een TiAl2-legering?

A: De belangrijkste voordelen van de TiAl2-legering zijn uitstekende oxidatieweerstand tot 700°C, lage dichtheid vergeleken met nikkellegeringen, goede sterkte bij hoge temperaturen en corrosieweerstand.

Vraag: Welke industrieën gebruiken TiAl2-legeringen?

A: Belangrijke industrieën die TiAl2-legeringen gebruiken, zijn onder meer de lucht- en ruimtevaart, de automobielsector, de chemische verwerking, de energieopwekking en maritieme toepassingen. Het wordt gebruikt om turbinecomponenten, turbocompressoren, kleppen, warmtewisselaars en propellers te maken.

Vraag: Hoe wordt TiAl2-legeringspoeder geproduceerd?

A: Gebruikelijke productiemethoden voor TiAl2-legeringspoeder zijn gasverneveling, plasma-roterende elektrodeproces (PREP) en mechanische legering. Gasverneveling wordt het meest toegepast.

Vraag: Welke fabricagemethoden worden gebruikt voor TiAl2-legeringen?

A: TiAl2-legeringen kunnen worden vervaardigd met behulp van heet isostatisch persen, vacuümsinteren, extrusie, smeden en additieve productiemethoden zoals laserpoederbedfusie (L-PBF). Het heeft een lage ductiliteit bij kamertemperatuur, wat een speciale verwerking vereist.

Vraag: Wat zijn de typische kosten van TiAl2-legeringspoeder?

A: TiAl2-legeringspoeder kost tussen $350-450 per kg, gebaseerd op factoren als zuiverheid, deeltjesgrootte, hoeveelheid en regio. Voor bulkbestellingen boven de 100 kg kunnen lagere onderhandelingsprijzen gelden.

Vraag: Heeft de TiAl2-legering een goede lasbaarheid?

A: Nee, de TiAl2-legering heeft een zeer lage lasbaarheid bij kamertemperatuur vanwege de brosse aard ervan. Voor het verbinden van TiAl2-legeringen zijn speciale technieken zoals wrijvingsroerlassen vereist.

Vraag: Is de TiAl2-legering sterker dan de TiAl-legering?

A: Nee, de TiAl-legering heeft over het algemeen een hogere sterkte vergeleken met de TiAl2-legering, maar is duurder. TiAl2-legering heeft betere eigenschappen op het gebied van omgevingsbestendigheid, zoals oxidatieweerstand.

Vraag: Wat is de maximale bedrijfstemperatuur voor TiAl2-legeringen?

A: TiAl2-legering kan worden gebruikt bij langdurige bedrijfstemperaturen tot 700 °C. De uitstekende oxidatieweerstand maakt gebruik bij toepassingen bij hogere temperaturen mogelijk in vergelijking met titaniumlegeringen.

Vraag: Wat is de inhoud van titanium en aluminium in een TiAl2-legering?

A: De TiAl2-legering bevat 65-67 wt% titanium, 31-32 wt% aluminium als de belangrijkste elementen, met 1-2% vanadium en andere kleine toevoegingen. Dit wijkt af van de stoichiometrische 50-50-verhouding.