TC11 파우더 은 다양한 제조 및 생산 분야에 사용되는 중요한 소재입니다. 이 가이드에서는 TC11 파우더의 주요 특성, 적용 분야, 사양, 공급업체, 설치, 운영 및 유지보수 절차에 대한 자세한 개요를 제공합니다.
TC11 파우더란 무엇인가요?
TC11 파우더는 레이저 파우더 베드 융용과 같은 적층 제조 응용 분야를 위해 설계된 특수 티타늄 합금 파우더입니다. "TC"는 크롬이 포함된 티타늄 합금 시스템을 의미하며, "11"은 특정 합금 구성을 나타냅니다.
TC11 합금 및 분말의 몇 가지 주요 특성은 다음과 같습니다:
- 높은 강도와 경도를 유지하면서 연성 유지
- 뛰어난 내식성
- 최대 700°C까지 우수한 내산화성
- 강철 합금에 비해 낮은 밀도
- 생체 적합성 및 무독성
TC11 부품은 올바르게 가공할 경우 1300MPa 이상의 강도와 10% 이상의 연신율을 달성할 수 있습니다. 이 소재는 강도, 인성 및 내식성의 탁월한 조합을 제공합니다.
TC11은 알파상과 베타상을 모두 포함하는 α+β 티타늄 합금으로 간주됩니다. 알파상은 우수한 연성 및 파괴 인성을 제공하고 베타상은 높은 강도에 기여합니다.
TC11의 구성
TC11 합금의 공칭 구성은 다음과 같습니다:
| 요소 | 무게 % |
|---|---|
| 티타늄 | 잔액 |
| 크롬 | 7.5-8.5 |
| 몰리브덴 | 1.5-2.5 |
| 알루미늄 | 3.5-4.5 |
| 지르코늄 | 3.5-4.5 |
| Tin | 1.5-2.5 |
탄소, 산소, 질소와 같은 미량 원소는 기계적 성질과 내식성에 부정적인 영향을 미치기 때문에 최소화했습니다. 크롬 함량은 우수한 산화 및 내식성을 제공합니다.
TC11 파우더 생산
TC11 합금 분말은 다양한 방법을 사용하여 생산할 수 있습니다:
- 가스 분무: 고압 불활성 가스는 용융 합금을 미세한 방울로 만들어 구형 분말 입자로 응고시키는 데 사용됩니다. 이를 통해 유동성과 포장 밀도가 우수한 분말을 생산합니다.
- 플라즈마 회전 전극 공정(PREP): 전극 회전과 플라즈마 아크 용융은 미세 구조와 조성이 제어된 고구형 분말을 생성합니다.
- 수화물-탈수화물(HDH): 합금을 수소화하여 부서지기 쉬운 덩어리로 만든 다음 분말로 분쇄한 다음 탈수소화합니다. 이렇게 하면 불규칙하고 각진 분말 입자가 생성됩니다.
가스 분무 및 PREP 분말은 품질이 더 높지만 HDH 분말은 더 저렴할 수 있습니다. 입자 크기 분포, 형태 및 순도는 생산 과정에서 세심하게 제어되어 특성을 최적화합니다.
TC11 파우더의 응용 분야
합금 분말로 제조된 TC11 부품은 항공우주, 석유 및 가스, 자동차, 의료, 화학 공정 등의 산업 분야에서 다양하게 활용되고 있습니다.
몇 가지 주요 애플리케이션은 다음과 같습니다:
- 항공우주: 기체, 리브, 격벽, 패스너, 브래킷, 밸브 등과 같이 높은 중량 대비 강도가 중요한 구조 부품.
- 자동차: 밸브트레인 부품, 커넥팅 로드, 드라이브 샤프트, 터보차저 부품은 고온과 응력에 노출됩니다.
- 의료: 생체 적합성, 내식성 및 고강도가 필요한 관절 교체, 나사, 플레이트와 같은 정형외과 및 치과용 임플란트.
- 화학 처리: 고온의 부식성 환경에서 사용되는 열교환기, 탱크, 파이프, 펌프, 밸브.
- 전력 생산: 원자력 발전소의 증기 및 가스 터빈, 열교환기 및 배관용 부품.
- Marine: 바닷물 부식에 대한 내성이 중요한 프로펠러, 샤프트, 펌프, 밸브, 파이프 라인.
TC11은 높은 비강도와 내산화 및 내식성을 결합하여 까다로운 조건에서 중요한 구성 요소에서 안정적으로 작동합니다.
TC11 파우더 사용의 이점
다른 합금 옵션에 비해 TC11을 사용하면 얻을 수 있는 몇 가지 주요 이점이 있습니다:
높은 강도: 적층 제조된 TC11 부품은 1300MPa 이상의 인장 강도를 달성할 수 있습니다. 이는 스테인리스 스틸이나 알루미늄 합금보다 훨씬 더 강합니다.
인성: 10% 이상의 연신율로 높은 강도 수준에서도 우수한 내손상성을 보장합니다. 따라서 동적 하중에서도 안정적인 성능을 발휘합니다.
가볍습니다: 밀도가 약 4.7g/cm3인 TC11 부품은 강철보다 훨씬 가볍기 때문에 무게를 크게 줄일 수 있습니다.
내식성: 크롬 함량이 높기 때문에 열악한 환경에서도 피팅, 틈새 및 응력 부식 균열에 대한 내성이 뛰어납니다.
높은 온도 안정성: 최대 700°C의 온도에서도 산화로 인한 강도나 내식성을 잃지 않고 견딜 수 있습니다.
생체 적합성: 무독성 및 높은 내식성으로 의료용 임플란트 및 장치에 사용할 수 있습니다.
처리 가능성: TC11은 레이저 파우더 베드 융착, 금속 사출 성형 및 단조 가공을 통해 다양한 부품 형태로 제작할 수 있습니다.
다용도로 사용할 수 있는 TC11 파우더는 여러 분야의 까다로운 응용 분야에서 중요한 부품을 더 가볍고, 더 강하고, 더 안정적으로 만들 수 있습니다.
TC11 파우더 사양
적층 제조 공정용 TC11 분말은 조성, 입자 크기 분포, 형태, 미세 구조 및 불순물 수준과 관련된 엄격한 사양을 준수해야 합니다.
화학 성분
파우더 구성은 중요 합금 원소에 대한 표준 TC11 등급 제한과 일치해야 합니다:
| 요소 | 무게 % |
|---|---|
| 알루미늄 | 3.5-4.5% |
| 크롬 | 7.5-8.5% |
| 몰리브덴 | 1.5-2.5% |
| 지르코늄 | 3.5-4.5% |
| Tin | 1.5-2.5% |
산소, 질소 및 탄소는 각각 0.20% 이하로 제한됩니다. 수소 함량은 100ppm 미만이어야 합니다. 균형은 티타늄입니다. 화학 사양을 충족해야 최종 부품에서 필요한 특성을 얻을 수 있습니다.
입자 크기 분포
대부분의 레이저 파우더 베드 융착기는 15-45 미크론 크기의 파우더에 가장 적합합니다. 일반적인 크기 분포는 다음과 같습니다:
- D10: 10μm
- D50: 25-35 μm
- D90: 40-55 μm
분말이 미세할수록 해상도는 향상되지만 유동성이 떨어질 수 있습니다. 파우더가 거칠면 퍼지는 동안 잘 포장되지 않고 표면이 좋지 않을 수 있습니다.
파우더 모폴로지
- 새틀라이트가 최소화된 구형의 매끄러운 분말 입자가 선호됩니다.
- 불규칙하고 각진 파우더는 파우더 베드 밀도, 유동성 및 부품 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
- 주 입자에 부착된 위성 입자는 파우더의 확산과 밀도를 방해하기도 합니다.
마이크로 구조
- 가스 분무 및 PREP 파우더는 AM에 이상적인 정제되고 균일한 미세 구조를 가지고 있습니다.
- HDH 분말에는 더 거칠고 불균일한 미세 구조가 포함될 수 있습니다.
불순물
표면 산화물 층, 흡착된 가스 및 오염 물질과 같은 불순물은 분말 특성을 저하시킬 수 있습니다. 불순물 수준을 제어하려면 엄격한 분석과 검사가 필요합니다.
TC11 파우더에 대한 모든 사양 요건을 충족하는 것은 AM 공정 안정성, 부품 품질 및 기계적 성능에 매우 중요합니다.
TC11 분말 공급업체
적층 제조용 TC11 티타늄 합금 분말을 제공하는 주요 글로벌 공급업체는 다음과 같습니다:
| 공급업체 | 생산 방법 | 입자 크기 | 추가 서비스 |
|---|---|---|---|
| AP&C | 가스 분무 | 15-45 μm | 맞춤형 합금, R&D |
| Tekna | 플라즈마 분무 | 15-45 μm | 통행료 처리 |
| 목수 첨가제 | 가스 분무 | 15-106 μm | 부품 자격, HIP |
| 프렉스에어 | 가스 분무 | 15-53 μm | 프로세스 개발 |
| LPW 기술 | 가스 분무, HDH | 최대 106μm | 재료 테스트 |
| 샌드빅 오스프리 | 가스 분무 | 최대 150μm | 구형 분석기 |
가격: 가격은 주문량, 분말 등급, 입자 크기 분포, 생산 방법 등에 따라 kg당 $100-500에서 달라질 수 있습니다.
리드 타임: 재고가 제한되어 있습니다. 일반적인 배송 기간은 가스 분무 분말의 경우 3~6개월, 플라즈마 분무 분말의 경우 6~12개월입니다.
최소 주문: 10kg 미만의 시험 주문은 가능하지만 100kg 이상의 대량 주문은 더 나은 가격을 적용받습니다.
품질 검사: 분말은 조성 및 입자 크기 분포 데이터, MSDS, SEM 이미지 및 기타 테스트 보고서와 함께 제공되어야 합니다.
TC11 분말 기반 적층 가공 장비의 설치 및 작동
TC11 파우더를 사용하는 금속 3D 프린팅 장비를 설치 및 운영하려면 품질 결과를 위해 안전, 절차 및 매개변수에 주의를 기울여야 합니다.
시설 요구 사항
- 안정적인 온도, 습도 및 환기
- 화재 안전 및 폭발 방지 시스템
- 금속성 분말 위험으로부터 보호
- 먼지 관리 및 파우더 보관 프로토콜
머신 설치
- 모든 모듈을 안전하게 보호하는 OEM 지침에 따라 기계 설치
- 센서, 광학, 메커니즘 및 컨트롤러 보정
- 비상 정지, 경보, 화재 안전과 같은 안전 시스템 테스트
- 전원, 불활성 가스 및 냉각수 연결 설정
워크플로
- PBF 모델, TC11 속성 및 부품 형상에 따른 파라미터 선택 안내
- 입자 사양을 충족하는 분말 배치 체질 및 혼합
- 재코팅 시스템으로 균일한 파우더 층을 펼치기
- 원하는 미세 구조에 최적화된 레이저 스캐닝 전략
- 빌드 중 열 스트레스 및 왜곡 최소화
- 플레이트에서 부품 분리, 분말 배출 및 청소
직원 교육
- 운영 절차, 안전 프로토콜 및 유지 관리 기본 사항
- 설계 규칙, 파라미터, 금속 조직학, 테스트를 사용한 품질 관리
- 파우더 처리, 기계 설정, 빌드 최적화, 후처리
숙련된 직원과 강력한 운영 관행을 갖춘 TC11 AM 시스템은 높은 생산성과 프로세스 일관성을 제공할 수 있습니다.
TC11 파우더 AM 장비의 유지보수
TC11 AM 시스템의 가동 시간과 성능 일관성을 극대화하려면 적절한 기계 작동과 함께 일관된 예방 유지보수가 중요합니다.
일일/주간 점검
- 레이저, 광학, 스캐너와 같은 주요 모듈의 손상 여부를 검사합니다.
- 파우더 레벨 및 기타 소모품 모니터링
- 오염을 방지하기 위해 빌드 챔버와 플랫폼을 청소합니다.
- 리코터 블레이드와 센서를 테스트하여 마모 상태 확인
- 냉각, 유압 및 불활성 가스 라인의 누출 점검
- 전기 접지 및 계측기 보정 확인
정기 유지 관리
- 일정에 따라 필터 교체
- 베어링, 피스톤과 같은 마모된 부품의 윤활 및 교체
- 체인 및 기어 메커니즘을 점검하고 필요한 경우 재정렬/교체합니다.
- 비상 정지, 안전 도어, 알람 및 인터록 테스트
- 프로세스 모니터링 센서 및 캘리브레이션 검증
- 레이저 광학 장치 및 창문 점검, 노후화된 경우 교체
연간 점검
- 내부 검사를 위해 중요 모듈 분해
- 마모/고장이 발생하기 쉬운 구성 요소의 예방적 교체
- 하드웨어 및 소프트웨어를 최신 버전으로 업그레이드
- 계측기 전체 테스트 및 재보정
- 유지 관리 후 성능 검증을 위한 테스트 빌드
건전한 운영 관행과 결합된 사전 예방적 유지보수를 통해 TC11 부품의 파우더 베드 융합 시스템 가용성과 성능을 극대화할 수 있습니다.
TC11 파우더 공급업체를 선택하는 방법
적층 제조를 위한 TC11 파우더 공급업체를 선택하려면 품질 및 성능 요구 사항을 안정적으로 충족하는 공급업체를 찾기 위해 여러 요소를 평가해야 합니다.
제품 품질
- 지정된 TC11 한도 내 분말 구성
- 이상적인 범위에서 일관된 입자 크기 분포
- 최소한의 위성을 사용한 구형 모폴로지
- 낮은 수준의 산화물 및 기타 불순물
- 중요한 분말 특성에 대한 테스트 데이터
기술 역량
- 티타늄 합금 분말 생산에 대한 직원 전문성
- 제조 과정의 엄격한 품질 관리
- 다양한 사내 특성화 장비
제조 프로세스
- 최적의 품질을 위한 가스 분무 또는 플라즈마 공정
- 배치 간 일관성 및 재현성
테스트 및 인증
- ISO 9001 준수 품질 관리 시스템
- 테스트 보고서에서 지원하는 분말 배치
- 제품 품질을 입증하는 인증
주문 처리
- 요청된 배송 시간 및 수량을 충족할 수 있는 능력
- 소액 평가판 주문 수락 의향
- 주문 추적 및 상태 업데이트
고객 서비스
- 애플리케이션 요구 사항에 대한 기술 지원
- 요청 및 문제에 대한 응답성
- 입자 크기 또는 구성 사용자 지정 기능
위의 매개변수에 따라 파우더 공급업체를 평가하면 위험을 최소화하고 신뢰할 수 있는 높은 TC11 파우더 품질을 보장할 수 있습니다.
적층 제조용 TC11 파우더의 장단점
TC11에는 많은 장점이 있지만 AM 애플리케이션을 고려할 때 고려해야 할 몇 가지 제한 사항도 있습니다.
장점
- Ti6Al4V 대비 강도 및 경도 증가
- 우수한 내식성 및 내산화성
- 최대 700°C의 높은 서비스 온도
- 경량 부품을 위한 강철보다 낮은 밀도
- 의료용으로 입증된 생체 적합성
- 여러 유명 공급업체에서 제공
단점
- Ti6Al4V 분말보다 비싸다
- Ti6Al4V보다 인장 연성이 낮습니다.
- 열간 등방성 프레스(HIP) 후처리 필요
- 티타늄 분말의 높은 반응성은 안전 문제를 야기합니다.
- 기존 합금에 비해 사용 가능한 데이터가 제한적입니다.
이상적인 애플리케이션
- 고강도가 필요한 항공우주 및 자동차 부품
- HIP 치료를 받을 수 있는 중요 정적 부품
- 복잡한 기하학적 구조를 가진 생체 의료용 임플란트
- 부식에 노출된 화학/석유화학 하드웨어
적합하지 않은 애플리케이션
- 초고연성이 요구되는 매우 동적인 구성 요소
- AM 빌드 챔버 크기에 의해 제한된 초대형 부품
- 밀폐된 내부 공간으로 인해 HIP가 어려운 구성품
- Ti6Al4V로 충분할 수 있는 비용에 민감한 애플리케이션
전반적으로 TC11은 여러 측면에서 Ti6Al4V보다 높은 성능을 제공하므로 설계 요구사항이 까다로운 곳에서 사용하기에 적합합니다.
자주 묻는 질문
Q: 레이저 파우더 베드 융합에 가장 적합한 TC11 파우더의 입자 크기 범위는 어느 정도인가요?
A: 15-45미크론이 권장되며, 대부분의 프린터 모델에는 25-35미크론의 D50이 이상적입니다. 더 미세한 파우더는 확산 및 유동성 문제를 일으킬 수 있습니다.
Q: TC11 합금은 응력 완화 후처리가 필요합니까?
A: 예, 일반적으로 균열과 왜곡을 최소화하기 위해 700°C에서 2시간 동안 응력을 완화한 후 공기 냉각이 필요합니다. 열간 등방성 프레스는 또한 물성을 더욱 향상시킵니다.
Q: TC11 파우더의 일반적인 표면 거칠기는 얼마입니까?
A: 최적화된 AM 공정 파라미터를 사용하면 10미크론 Ra 미만의 표면 거칠기를 달성할 수 있습니다. 연마 흐름 가공과 같은 일부 마감 처리가 여전히 필요할 수 있습니다.
Q: TC11 파우더를 인쇄할 때 권장되는 레이어 두께는 얼마입니까?
A: 20~50미크론이 권장되며, 30미크론이 일반적으로 선택됩니다. 레이어가 얇을수록 해상도는 향상되지만 빌드 시간이 크게 늘어납니다.
Q: 더 높은 강도 또는 연성을 가진 TC11 합금의 구성 변형이 있습니까?
A: TC18(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr)은 TC11에 비해 인장 강도가 높고, TC17(Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr)은 연성이 높습니다.
Q: AM 장비에서 사용하지 않은 TC11 파우더는 그 특성을 유지하나요?
A: 불활성 환경에 적절히 보관하면 TC11 분말은 일반적으로 심각한 특성 저하가 발생하기 전까지 최대 10~20회까지 재사용할 수 있습니다.
Q: TC11 부품으로 달성할 수 있는 일반적인 출고 시 밀도는 얼마입니까?
A: 99.5% 이상의 밀도는 쉽게 달성할 수 있습니다. 열간 등방성 프레스는 내부 공극과 기공을 더욱 제거하여 밀도를 극대화할 수 있습니다.
Q: TC11 AM 파트에 스트레스 완화 외에 권장되는 후처리 단계에는 어떤 것이 있나요?
A: 가공, 연마 흐름 가공, 샷 피닝, 레이저 연마 및 코팅 증착은 응용 분야 요구 사항에 따라 자주 사용됩니다.
