TiNbZrSn-legeringspoedersamenstelling

TiNbZrSn-legeringspoeder bestaat uit de volgende elementen:

Element	Gewicht %
Titaan (Ti)	35-40%
Niobium (Nb)	35-40%
Zirkonium (Zr)	5-10%
Tin (Sn)	5-10%

Deze precieze combinatie van titanium, niobium, zirkonium en tin resulteert in een legering met uitstekende sterkte, hardheid en elasticiteit in vergelijking met conventionele legeringen. Vooral het niobiumgehalte verbetert de mechanische prestaties aanzienlijk.

Door de verhoudingen van de samenstellende metalen zorgvuldig te controleren, kunnen de eigenschappen van het legeringspoeder worden geoptimaliseerd voor verschillende toepassingen die hoge sterkte-gewichtseigenschappen, corrosieweerstand, biocompatibiliteit of duurzaamheid bij hoge temperaturen vereisen.

Eigenschappen van TiNbZrSn-legeringspoeder

TiNbZrSn-legeringspoeder vertoont de volgende uitzonderlijke eigenschappen:

Eigendom	Beschrijving
Grote sterkte	Levert een sterkte op van meer dan 1400 MPa, vergelijkbaar met geavanceerde ruimtevaartlegeringen
Lage dichtheid	Dichtheid ongeveer 6,5 g/cm3, veel lager dan staal
Uitstekende elasticiteit	Young's modulus rond 100 GPa, wat flexibiliteit mogelijk maakt
Hoge hardheid	Vickers-hardheid meer dan 450 HV, betere slijtvastheid dan roestvrij staal
Goede corrosiebestendigheid	Bestand tegen corrosie in ruwe omgevingen
Biocompatibiliteit	Niet giftig en geschikt voor medische implantaten
Hoog smeltpunt	Smelt boven 2500°C, waardoor het geschikt is voor toepassingen bij hoge temperaturen

De combinatie van hoge sterkte, laag gewicht, hardheid en elasticiteit is zeldzaam en maakt TiNbZrSn tot een uiterst veelzijdig materiaal. Het presteert op meerdere eigenschappen beter dan conventionele legeringen zoals roestvrij staal.

Productie van TiNbZrSn-legeringspoeder

TiNbZrSn-legeringspoeder kan worden geproduceerd met behulp van de volgende geavanceerde methoden:

Methode	Beschrijving
Gasverneveling	Gesmolten legering wordt in fijne druppeltjes gespoten die tot poeder stollen
Plasma-roterend elektrodeproces (PREP)	De elektrode roteert snel in de plasmaboog en valt uiteen in poeder
Hydride-dehydride (HDH)	De legering wordt gehydrogeneerd, mechanisch tot poeder vermalen en vervolgens gedehydrogeneerd

Gasverneveling maakt controle over de deeltjesgrootteverdeling mogelijk en resulteert in een glad bolvormig poeder, ideaal voor additieve productie. PREP- en HDH-methoden maken de economische productie van onregelmatig poeder mogelijk dat geschikt is voor persen en sinteren.

Bij deze poederproductieprocessen kan de legeringssamenstelling nauwkeurig worden gehandhaafd, waardoor consistente eigenschappen worden gegarandeerd. Zeer zuivere inerte gasatmosferen voorkomen verontreiniging.

TiNbZrSn-legeringspoedertoepassingen

Dankzij de uitgebalanceerde materiaaleigenschappen wordt TiNbZrSn-legeringspoeder gebruikt in de volgende toepassingen:

Industrie	Sollicitatie
Lucht- en ruimtevaart	Vliegtuig- en raketmotoronderdelen, ruimtesystemen
Automobiel	Klepveren, bevestigingsmiddelen, actuatoren
Medisch	Implantaten, protheses, apparaten
Verdediging	Bepantsering, munitie, ballistiek
Additieve productie	3D-geprinte onderdelen met hoge sterkte
Chemische verwerking	Corrosiebestendige vaten, leidingen

De combinatie van sterkte, hardheid en biocompatibiliteit maakt TiNbZrSn geschikt voor dragende geïmplanteerde apparaten zoals heup- en kniegewrichten. De corrosieweerstand is geschikt voor maritieme toepassingen die aan zeewater zijn blootgesteld. En de duurzaamheid bij hoge temperaturen is een voordeel in straalmotoren en turbines.

Vergeleken met conventionele legeringen maakt TiNbZrSn lichtere, sterkere en duurzamere componenten mogelijk, waardoor het een voorsprong heeft in veeleisende industrieën.

Specificaties van TiNbZrSn-legeringspoeder

TiNbZrSn-legeringspoeder is in de handel verkrijgbaar in de volgende specificaties:

Attribuut	Details
Deeltjesgroottes	15-45 micron, 45-106 micron, 106-250 micron
Deeltjesvorm	Bolvormig, onregelmatig
Puurheid	Tot 99,9%
Zuurstofgehalte	Minder dan 2000 ppm
Poeder kwaliteiten	Graad 5, 23, 23 ELI
Aanvoerformulier	Los poeder, gesinterde preforms

Zowel gasverneveld bolvormig poeder als onregelmatig poeder van HDH of PREP zijn verkrijgbaar. Kleiner poeder van 15-45 micron is geschikt voor additieve productie waarvoor een goede vloei en verpakking nodig is. Groter poeder van 106-250 micron wordt doorgaans geperst en gesinterd.

Normen zoals ASTM F1805 en ISO 5832 bieden samenstellingslimieten en vereiste eigenschappen voor biomedisch klasse 23 ELI-poeder. Aangepaste legeringssamenstellingen en deeltjesgroottes kunnen ook worden geproduceerd om aan de toepassingsvereisten te voldoen.

Leveranciers van TiNbZrSn-legeringspoeder

Enkele toonaangevende wereldwijde leveranciers van TiNbZrSn-legeringspoeder zijn onder meer:

Leverancier	Plaats
AMETEK	VS
CNPC-poeder	China
GKN Hoeganaes	Europa
LPW-technologie	Groot-Brittannië
Sandvik Visarend	Groot-Brittannië

Gerenommeerde leveranciers als deze beschikken over geavanceerde interne poederproductiefaciliteiten die gebruik maken van gasverneveling of hydride-dehydrideprocessen. Ze kunnen verschillende deeltjesgrootteverdelingen bieden en de legeringssamenstelling indien nodig aanpassen.

Er zijn kleine hoeveelheden prototypes tot grote commerciële volumes beschikbaar. Strenge kwaliteitscontroles en tests worden door leveranciers geïmplementeerd om ervoor te zorgen dat het poeder aan de specificaties voldoet.

TiNbZrSn-legeringspoederprijzen

Als geavanceerde speciale legering heeft TiNbZrSn-poeder een premium prijs:

Poederkwaliteit	Prijsbereik
Niveau 5	$350-$500 per kg
Graad 23	$450-$650 per kg
Graad 23 ELI	$550-$750 per kg

De prijs is afhankelijk van de bestelhoeveelheid, deeltjesgrootteverdeling, vorm en samenstelling. Kleinere hoeveelheden fijn bolvormig poeder zijn duurder. Onregelmatig poeder en grotere batchgroottes bieden kostenbesparingen.

De prijs is meerdere malen hoger dan die van gewone legeringen zoals 316L roestvrij staalpoeder. De superieure eigenschappen rechtvaardigen echter de hogere kosten voor kritische toepassingen die maximale prestaties vereisen.

Behandeling van TiNbZrSn-legeringspoeder

Om veilig met TiNbZrSn-legeringspoeder om te gaan:

• Bewaar verzegelde containers in een koele, droge omgeving om oxidatie en hydratatie te voorkomen
• Vermijd morsen om ophoping van poeder te voorkomen, aangezien er explosiegevaar bestaat
• Aard alle poederverwerkingsapparatuur en transportschepen
• Draag handschoenen en ademhalingsbescherming bij het hanteren van poeder
• Gebruik vonkvrij gereedschap en vacuümsystemen met inert gasdeken
• Maak waar nodig gebruik van ventilatie en rookafzuiging op het punt van de bron

De fijne deeltjesgrootte maakt TiNbZrSn-poeder ontvlambaar wanneer het wordt gedispergeerd. Zorgvuldige omgang met het volgen van veiligheidsprotocollen is essentieel. Geautomatiseerde hanterings- en insluitingssystemen voor handschoenenkasten worden aanbevolen.

TiNbZrSn-legeringspoederinspectie

TiNbZrSn-legeringspoeder moet worden geïnspecteerd op:

Parameter	Methode	Acceptatiecriteria
Deeltjesgrootteverdeling	Laserdiffractie, zeven	Voldoet aan gespecificeerd bereik
Deeltjesvorm	SEM-beeldvorming	Bolvormige, gladde oppervlakken
Deeltjeschemie	EDX/EDS, ICP-OES	Voldoet aan de gespecificeerde samenstelling
Zuurstof/stikstof	Fusie van inert gas	Onder 2000 ppm zuurstof
Schijnbare dichtheid	Hall-debietmeter	Betere doorstroming voor hogere dichtheid
Stroomsnelheid	Hall-debietmeter	Stroomt vrijelijk door de opening

Deze tests zorgen ervoor dat het poeder voldoet aan de specificaties voor grootte, vorm, chemie, zuiverheid en vloeibaarheid die vereist zijn voor AM- of press-and-sinter-gebruik.

TiNbZrSn-legeringspoeder testen

De volgende verdere tests kunnen worden uitgevoerd om TiNbZrSn-legeringspoeder te kwalificeren:

Test	Methode	Doel
Samendrukbaarheid	Uniaxiaal persen	Beoordeel de verdichtingsreactie
Groene kracht	Dwarse breuksterkte	Meet de sterkte vóór het sinteren
Dichtheid na sinteren	Dimensionale meting	Zorg voor volledige consolidatie
Microstructuur	Optische microscopie, SEM	Beoordeel het smelten, porositeit, korrels
Hardheid	Vickers/Rockwell-tests	Controleer mechanische eigenschappen
Treksterkte	ASTM E8	Meet UTS, opbrengst, rek

Het testen van gecomprimeerde en gesinterde monsters is verstandig om de verwerkbaarheid van het poeder en de uiteindelijke mechanische eigenschappen ten opzichte van de ontwerpvereisten te bevestigen.

TiNbZrSn-legeringspoeder Voor- en nadelen

Voordelen	Nadelen
Uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding	Duur in vergelijking met gewone legeringen
Hogere elasticiteit dan andere legeringen met hoge sterkte	Lagere ductiliteit dan titaniumlegeringen
Uitstekende hardheid en slijtvastheid	Vereist een zorgvuldige behandeling vanwege reactiviteit
Bestand tegen corrosie in ruwe omgevingen	Moeilijk te bewerken en te slijpen
Biocompatibel voor medisch gebruik	Beperkte leveranciers en beschikbaarheid
Bestand tegen extreem hoge temperaturen	Heeft hete isostatisch persen nodig voor volledige consolidatie

Voor kritische toepassingen waarbij de prestaties zwaarder wegen dan de kosten, levert TiNbZrSn-legeringspoeder eigenschappen die ongeëvenaard zijn door andere legeringen. De belangrijkste beperkingen zijn kosten en beschikbaarheid.

Vergelijking van TiNbZrSn met andere legeringen

Hoe verhoudt TiNbZrSn zich tot andere hoogwaardige legeringspoeders?

Tegen roestvrij staal:

• 2x hogere sterkte
• 70% lagere dichtheid
• 5x hogere hardheid
• Betere corrosieweerstand

versus titaniumlegeringen:

• 50% hogere elasticiteit
• 20% hogere hardheid
• Betere kruipweerstand
• Lagere ductiliteit

Versus kobalt-chroomlegeringen:

• Lagere dichtheid
• Geen toxische effecten
• Hogere bedrijfstemperatuur
• Lagere taaiheid

Versus op Ni gebaseerde superlegeringen:

• Gemakkelijkere verwerking
• Lagere kost
• Mogelijkheid tot lagere temperatuur
• Lagere kruipsterkte

TiNbZrSn biedt dus een optimaal evenwicht tussen eigenschappen die niet in andere legeringen voorkomen, waardoor het geschikt is voor de meest veeleisende toepassingen.

Gebruiksinzichten van TiNbZrSn-legeringspoeder

Hier zijn enkele belangrijke inzichten over het effectief gebruik van TiNbZrSn:

• Gasverstoven poeder met gecontroleerde deeltjesgrootteverdelingsstromen en -verpakkingen, het beste voor AM
• Onregelmatig poeder vereist hogere drukken voor het compacteren en sinteren
• Heet isostatisch persen helpt maximale dichtheid en eigenschappen te bereiken
• Gloeien kan worden gebruikt om de ductiliteit en taaiheid indien nodig aan te passen
• Bijna netvormige onderdelen minimaliseren de kostbare bewerking van gesinterde componenten
• Oppervlaktebehandelingen verbeteren de slijtvastheid bij glijcontacttoepassingen
• Het verbinden van ongelijksoortige materialen met TiNbZrSn vereist de selectie van een geschikt proces
• Nauwe leverancierskwalificaties en tests helpen de poederkwaliteit en -prestaties te garanderen

Het begrijpen van de relaties tussen verwerking, microstructuur en eigenschappen is belangrijk om het volledige potentieel van deze uitzonderlijke legering te benutten.

Veel Gestelde Vragen

Hier volgen enkele veelgestelde vragen over TiNbZrSn-legeringspoeder:

Vraag: Is TiNbZrSn-poeder compatibel met 3D-printen?

A: Ja, gasverstoven TiNbZrSn met gecontroleerde deeltjesgrootte en hoge bolvormigheid kan worden gebruikt voor poederbedfusie en AM-processen voor gerichte energiedepositie. Parameters moeten worden geoptimaliseerd om een hoge dichtheid te bereiken.

Vraag: Welke deeltjesgrootte is het beste voor additieve productie?

A: 15-45 micron wordt aanbevolen, zodat een goede poederstroom en pakking wordt gegarandeerd. Grotere formaten tot 106 micron zijn ook met succes geprint voor sommige toepassingen waarvoor dikkere lagen nodig zijn.

Vraag: Heeft TiNbZrSn heet isostatisch persen nodig na AM?

A: HIP helpt de dichtheid te maximaliseren, interne poriën te elimineren en de mechanische eigenschappen te verbeteren. Maar voor sommige minder veeleisende toepassingen kunnen TiNbZrSn-onderdelen zoals geprint voldoen aan de vereisten zonder HIP.

Vraag: Kunt u een TiNbZrSn-legering bewerken en slijpen?

A: Ja, maar het vereist een stevige opstelling, koelmiddel onder hoge druk, scherpe hardmetalen gereedschappen en fijne schuurmiddelen. Voedingssnelheden en snelheden moeten vanwege de hardheid lager zijn dan die van conventionele legeringen.

Vraag: Is TiNbZrSn geschikt voor biomedische implantaten?

A: Ja, het is gebruikt voor botplaten, heup- en knie-implantaten dankzij de biocompatibiliteit, lage modulus en hoge sterkte, ideaal voor dragende apparaten. Graad 23 ELI-poeder zorgt voor de benodigde zuiverheid.

Vraag: Wat zijn typische toepassingen voor een TiNbZrSn-legering?

A: Luchtvaartcomponenten zoals landingsgestellen, veren en bevestigingsmiddelen voor auto's, biomedische implantaten, pantserplaten, turbines voor energieopwekking en gereedschappen voor het vormen en stempelen van plaatstaal.

Conclusie

Samenvattend biedt TiNbZrSn-legeringspoeder buitengewone sterkte in combinatie met een lage dichtheid, elasticiteit en hardheid, in tegenstelling tot andere conventionele of geavanceerde legeringen. Hoewel de kosten hoger zijn, rechtvaardigen veel kritische prestatietoepassingen de kosten waarbij geoptimaliseerde materiaaleigenschappen van het grootste belang zijn. Met de uitgebreide beschikbaarheid en voortdurende innovaties zullen de unieke mogelijkheden van TiNbZrSn de komende jaren in meer industrieën worden benut.