TiAl3 poeder voor 3D printen

TiAl3-poeder is een intermetallische verbinding bestaande uit titanium en aluminium. Het is lichtgewicht, oxidatiebestendig en bestand tegen hoge temperaturen. Dit maakt het geschikt voor gebruik in de lucht- en ruimtevaart, de automobielsector, de energiesector en andere hoogwaardige toepassingen.

Enkele belangrijke eigenschappen en kenmerken van TiAl3-poeder:

TiAl3-poedereigenschappen en kenmerken

TiAl3-poeder kan worden geproduceerd via verschillende methoden, waaronder gasverneveling, plasma-roterende elektrodeproces (PREP) en mechanische legering. De poedergrootte, morfologie, samenstelling, microstructuur en andere eigenschappen zijn afhankelijk van de productiemethode.

Het titaniumgehalte ligt doorgaans in het bereik van 55-65 wt% en aluminium vormt de balans. Kleine hoeveelheden chroom, niobium, koolstof of zuurstof kunnen aanwezig zijn, tot maximaal 1%. De verhouding Ti:Al kan worden aangepast om de eigenschappen te optimaliseren.

TiAl3-poedereigenschappen

De belangrijkste eigenschappen zijn onder meer een lage dichtheid in vergelijking met titaniumlegeringen, een hoog smeltpunt, een matige thermische geleidbaarheid en het behoud van sterkte en stijfheid bij hoge temperaturen.

Kenmerken van TiAl3-poeder

TiAl3-poeder heeft een bolvormige morfologie met een glad oppervlak en goede vloei- en pakkingseigenschappen. Het heeft weinig zuurstof en stikstof om verbrossing te voorkomen.

Toepassingen van TiAl3-poeder

Enkele van de belangrijkste toepassingen die profiteren van de eigenschappen van TiAl3 zijn onder meer:

TiAl3-poedertoepassingen in additieve productie

• TiAl3-poeder wordt gebruikt in poederbedfusieprocessen zoals selectief lasersmelten (SLM) en elektronenbundelsmelten (EBM) om complexe titaniumaluminidecomponenten voor de lucht- en ruimtevaart en de automobielsector te vervaardigen.
• Het heeft een lagere reactiviteit en eenvoudiger printbaarheid vergeleken met Ti6Al4V in AM met poederbed. TiAl3-onderdelen hebben een fijne microstructuur en mechanische eigenschappen die vergelijkbaar zijn met gegoten en gesmeed legeringen.
• AM met TiAl3 maakt lichtere ontwerpen mogelijk, vermindert het aantal onderdelen en consolideert de samenstellingen voor turbinebladen, turbowielen, uitlaatcomponenten, enz.

TiAl3-poedertoepassingen in thermische spray

• Thermische spuitcoatings van TiAl3-poeder zorgen voor oxidatie- en corrosieweerstand bij hoge temperaturen op turbinebladen, schoepen, verbrandingsblikken, enz.
• Het heeft een beter temperatuurvermogen dan nikkellegeringen en titaniumcoatings. TiAl3-coatings kunnen werken bij 700-900°C.
• Coatings worden aangebracht via plasmaspray, hoge snelheid oxy-fuel (HVOF) of warme spuitprocessen. Typische laagdikte is 150-500 micron.

TiAl3-poedertoepassingen bij lasercladding

• TiAl3-poeder kan met een laser op substraten van titanium- of nikkellegeringen worden aangebracht om een beschermende legeringslaag op het oppervlak te vormen.
• De bekledingslaag zorgt voor een verbeterde sterkte bij hoge temperaturen, weerstand tegen oxidatie en slijtvastheid.
• Lasercladding wordt gebruikt op onderdelen van straalmotoren en turbines op land die worden blootgesteld aan hete corrosieomstandigheden.

TiAl3-poederspecificaties

TiAl3-poeder is verkrijgbaar in verschillende standaardkwaliteiten die voldoen aan specificaties zoals:

TiAl3-poedersamenstellingen

Gebruikelijke samenstellingen zijn gebaseerd op het titaniumgehalte, zoals Ti-45Al, Ti-55Al of Ti-62Al, wat het gewichtspercentage titanium vertegenwoordigt. Er kunnen kleine hoeveelheden chroom of niobium aanwezig zijn.

Deeltjesgrootteverdeling van TiAl3-poeder

Typische grootteverdelingen voor AM-processen zijn gecentreerd rond 22-45 μm met minimale boetes onder 22 μm. Voor thermisch spuiten worden grotere maten tot 150 μm gebruikt.

TiAl3-poedernormen

• ASTM B821 – Standaard voor de bereiding van vuurvaste legeringspoeders en compacts via plasmatechnieken
• AMS 4982 – Poederverbruiksartikelen, titaniumaluminiden, plasma-verstuiving
• AMS 7008 – Titaniumaluminide-legeringspoeder voor thermische spuitcoatings

De productie, bemonstering, testen en acceptatie van poeder volgen de industriële normen voor vuurvaste legeringen en titaniumaluminiden.

TiAl3-poeder heeft enkele voor- en nadelen vergeleken met andere veelgebruikte poeders:

Vergelijking van TiAl3-poeder met andere poeders

• TiAl3 heeft een hogere sterkte dan titaniumlegeringen zoals Ti6Al4V bij temperaturen boven 600°C
• Het biedt een betere oxidatieweerstand vergeleken met titanium- en aluminiumlegeringen
• Duurder dan titaniumlegeringen vanwege het hoge aluminiumgehalte
• Niet zo gemakkelijk te bewerken of te vormen als titaniumlegeringen bij kamertemperatuur
• Meest geschikt voor structurele toepassingen bij hoge temperaturen

Door te begrijpen waar TiAl3 beter of slechter presteert in vergelijking met andere legeringssystemen, kunnen de ideale toepassingen worden geïdentificeerd om de voordelen ervan te benutten.

Leveranciers van TiAl3-poeders

TiAl3-poeder is in de handel verkrijgbaar bij een aantal leveranciers wereldwijd. Enkele van de belangrijkste fabrikanten zijn:

TiAl3-poederfabrikanten

TiAl3-poederprijzen

Prijzen zijn afhankelijk van het aankoopvolume, de zuiverheidsniveaus, de deeltjesgrootteverdeling en de morfologie. Aangepaste legeringssamenstellingen zijn ook mogelijk, maar duurder.

Veelgestelde vragen

Vraag: Welke methoden kunnen worden gebruikt om TiAl3-poeder te produceren?

A: De belangrijkste productiemethoden zijn gasverneveling, plasma-roterende elektrodeproces en mechanische legering. Elke methode resulteert in verschillende poedereigenschappen die geschikt zijn voor verschillende toepassingen.

Vraag: Is TiAl3 compatibel met titaniumlegeringen?

A: TiAl3 heeft een zeer beperkte oplosbaarheid in vaste stoffen in titaniumlegeringen zoals Ti6Al4V. Het wordt niet aanbevolen om TiAl3-poeder te mengen met poeders van titaniumlegeringen vanwege de vorming van broze intermetallische fasen.

Vraag: Welke legeringselementen kunnen aan TiAl3 worden toegevoegd?

A: Elementen zoals Nb, Cr, Ni en Cu zijn gelegeerd met TiAl3 om de microstructuur en mechanische eigenschappen te wijzigen. Overmatige legering kan echter een negatieve invloed hebben op de oxidatieweerstand.

Vraag: Wat is het verschil tussen PREP en gasverstoven TiAl3-poeder?

A: PREP-poeder heeft fijne bolvormige deeltjes die ideaal zijn voor additieve productie, terwijl gasverstoven poeder iets grovere, kosteneffectievere deeltjes heeft die geschikt zijn voor persen en sinteren.

Vraag: Welke voorzorgsmaatregelen moeten worden genomen bij het hanteren van TiAl3-poeder?

A: TiAl3-poeder is brandbaar en gevoelig voor oxidatie. Om besmetting te voorkomen moeten de juiste PBM's worden gedragen en moet de behandeling plaatsvinden in een inerte atmosfeer. Blootstelling aan vocht en zuurstof verslechtert de poederkwaliteit.

Conclusie

Samenvattend is TiAl3 een belangrijk intermetallisch materiaal voor hoge temperaturen dat in poedervorm beschikbaar is voor verschillende toepassingen. De eigenschappen zoals lage dichtheid, sterkte en oxidatieweerstand bij hoge temperaturen maken het geschikt voor de lucht- en ruimtevaart-, automobiel- en energie-industrie. Een juiste behandeling, opslag en testen van het poeder is van cruciaal belang om de eigenschappen van het uiteindelijke onderdeel te bereiken. TiAl3 biedt voordelen ten opzichte van conventionele titaniumlegeringen voor structureel gebruik bij hoge temperaturen, ondanks enkele beperkingen in bewerkbaarheid en ductiliteit bij kamertemperatuur. Lopend onderzoek heeft tot doel het materiaal verder te verbeteren door legeringstoevoegingen en innovatieve verwerkingstechnieken.