티타늄 합금 분말 개요
티타늄 합금은 높은 중량 대비 강도, 내식성, 생체 적합성 및 극한 환경을 견딜 수 있는 능력으로 인해 항공우주, 의료, 해양 및 기타 까다로운 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
분말 야금 및 적층 제조 분야, 티타늄 합금 분말 는 층별로 선택적으로 용융 또는 소결하여 전통적으로 가공된 단조 합금과 동등하거나 그 이상의 우수한 기계적 특성을 가진 복잡하고 가벼운 부품을 제작할 수 있습니다.
분말 형태로 제공되는 일반적인 티타늄 합금은 다음과 같습니다:
티타늄 합금 분말 구성
분말 야금에 사용되는 티타늄 합금은 주로 티타늄과 알루미늄, 바나듐, 철, 몰리브덴 등의 합금 원소를 함유하고 있습니다:
| 합금 | 구성 |
|---|---|
| Ti-6Al-4V(5등급) | 6% 알루미늄, 4% 바나듐, 0.25%(최대) 철, 0.2%(최대 산소), 밸런스 티타늄 |
| Ti-6Al-7Nb | 6% 알루미늄, 7% 니오븀, 밸런스 티타늄 |
| Ti-555 (Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe) | 5% 알루미늄, 5% 몰리브덴, 5% 바나듐, 3% 크롬, 0.5% 철, 밸런스 티타늄 |
| Ti-1023(Ti-10V-2Fe-3Al) | 10% 바나듐, 2% 철, 3% 알루미늄, 밸런스 티타늄 |
티타늄 합금 분말 특성
티타늄 합금 분말의 주요 특징은 다음과 같습니다:
| 속성 | 중요성 |
|---|---|
| 입자 크기 분포 | 대부분의 적층 공정에서 30~150μm, 밀도, 정밀도, 표면 마감에 영향을 줍니다. |
| 구형 및 모양 | 고도로 구형화된 형태는 유동성, 포장 밀도를 향상시킵니다. |
| 순도 | >99.5%, 기계적 물성을 달성하는 데 중요한 저산소 |
| 유량 | >25초/50g; 재코팅 및 레이어 균일성에 영향을 줍니다. |
| 겉보기 밀도 | >2.5g/cc; 최종 부품 밀도와 관련됨 |
| 하우스너 비율 | <1.25; 분말 유동성을 나타냅니다. |
티타늄 합금 분말의 응용 분야
티타늄 합금 분말을 사용한 적층 제조는 다양한 산업 분야에 걸쳐 있습니다:
| 산업 | 애플리케이션 |
|---|---|
| 항공우주 | 기체 구조 부품, 고온에 노출되는 엔진 부품 |
| 의료 | 정형외과 및 치과용 임플란트, 보철물, 수술 도구 |
| 자동차 | 커넥팅 로드, 터보차저 휠, 밸브 및 밸브 스프링 |
| 화학 | 열교환기, 밸브, 파이프 및 반응 용기 |
| 석유 | 부식성, 고압 환경을 위한 다운홀 공구 |
티타늄 합금 분말 사양
티타늄 합금 분말의 조성, 불순물 및 오염에 대한 주요 표준:
| 표준 | 적용 대상 파우더 등급 |
|---|---|
| ASTM B348 | 1등급~48등급 단조 티타늄 합금 |
| ASTM F67 | 수술용 임플란트용 비합금, 알파-베타 및 베타 티타늄 |
| ASTM F2924 | 적층 제조용 Ti-6Al-4V |
| ASTM F3001 | AM용 Ti-6Al-4V ELI(초저간섭) |
티타늄 합금 분말 공급업체
많은 기존 기업들이 전 세계적으로 적층 제조용 티타늄 합금 분말을 제조하고 있습니다:
| 회사 | 제공되는 성적 | 가격 책정 |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI | kg당 $350-$500 |
| TLS 테크닉 | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr | kg당 $250-$450 |
| Tekna | Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-7Nb, 맞춤형 합금 | kg당 $400-$600 |
| 금속 분석 | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-64, 맞춤형 합금 | kg당 $300-$450 |
티타늄 합금 분말의 비교
가장 일반적인 티타늄 합금인 Ti-64와 Ti-64 ELI의 주요 차이점:
| 매개변수 | Ti-6Al-4V(Ti-64) | Ti-6Al-4V ELI |
|---|---|---|
| 산소 수준 | 최대 0.20wt% | 0.13 wt% 미만 |
| 철분 레벨 | 최대 0.30wt% | 0.25wt% 미만 |
| 기계적 강도 | 높음 | Medium |
| 연성 | Medium | 매우 높음 |
| 피로 저항 | Medium | 매우 높음 |
| 골절 인성 | Medium | 높음 |
| kg당 비용 | Lower | 더 높음 |
티타늄 합금 분말을 사용한 적층 제조의 이점
티타늄 합금 분말 공급 원료를 사용하는 AM 공정이 제공하는 주요 이점:
- 경량의 맞춤형 토폴로지에 최적화된 지오메트리를 생성하는 기능
- 감산 기법 대비 원자재 낭비 대폭 감소
- 고가의 툴링, 금형 또는 가공 설정이 필요하지 않습니다.
- 주조 및 단조보다 동등하거나 더 우수한 피로 저항성과 파괴 인성을 보이는 부품
- 항공우주 부품 설계에 이상적인 높은 중량 대비 강도 비율
- 등급별 구성과 고급 합금 블렌드로 쉽게 맞춤 제작 가능
- 낮은 최소 주문 수량으로 적시 생산 가능
티타늄 합금 분말을 사용한 적층 제조와 관련된 도전 과제
산업 전반에 걸쳐 티타늄 AM을 도입하려면 몇 가지 제한 사항을 고려해야 합니다:
- 에너지 집약적인 추출 및 분말 처리로 인한 높은 재료 비용
- 잔류 응력 제거로 빌드 후 왜곡 및 균열 방지
- 임계 공차를 달성하기 위해 종종 추가 HIP 및 마감 가공이 필요합니다.
- 반응성 분말 취급에는 보호 분위기와 절차가 필요합니다.
- 수축은 정확한 예측이 어렵기 때문에 설계 보정이 필수적입니다.
- 이방성을 제한하는 데 필요한 열 매개변수 및 스캔 전략 최적화
자주 묻는 질문
Q: 적층 가공에 가장 널리 사용되는 티타늄 합금 분말은 무엇인가요?
A: 인장 강도, 피로 수명 및 내식성과 같은 우수한 기계적 특성으로 인해 전체 티타늄 적층 제조에서 Ti-6Al-4V(5등급)가 차지하는 비중은 50% 이상입니다. Ti-6Al-4V ELI는 우수한 연성과 파괴 인성으로도 인기가 높습니다.
Q: 티타늄 합금을 사용한 적층 제조로 다공성 또는 고밀도 부품을 제작할 수 있나요?
A: 두 가지 모두 가공 파라미터에 따라 달성할 수 있습니다. 구조적 응용 분야에서는 벌크 합금과 동등한 특성을 제공하는 99% 이상의 고밀도가 선호되는 반면, 정형외과용 임플란트는 30-70% 사이의 제어된 다공성을 통해 조직의 성장을 촉진하여 고체 금속보다 골유착을 개선할 수 있습니다.
Q: 적층 가공에서 티타늄 합금 분말에 가장 적합한 입자 크기 분포는 무엇입니까?
A: 일반적으로 약 20~63미크론이 사용되며, 발열 위험을 제한하기 위해 이상적인 최소 입자 크기는 15미크론 이상입니다. 30미크론 이하의 미세한 파우더는 해상도와 표면 마감을 개선할 수 있지만, 매우 미세한 입자는 파우더 흐름을 방해하여 인쇄 시 재코팅 및 밀도 문제를 일으킬 수 있습니다.
Q: 적층 제조 후 사용하지 않은 티타늄 합금 분말은 어떻게 재사용하나요?
A: 크기와 모양 사양을 충족하는 사용 가능한 분획을 선별하기 위해 분류기를 통과합니다. 그런 다음 벌크 화학을 유지하면서 제어된 비율로 신선한 분말과 혼합합니다. 이렇게 여러 번 재사용한 후 재활용하면 티타늄 분말이 최적의 구형과 유동성을 확보하여 제작 시 우수한 레이어 균일성을 제공합니다.
Q: 티타늄 합금을 프린트할 때 빌드 챔버에 불활성 아르곤 분위기가 필요한 이유는 무엇인가요?
A: 티타늄은 고온에서 반응성이 높아 산소, 질소, 수소와 같은 가스를 쉽게 흡수하여 취성 및 기계적 물성 저하를 유발합니다. 산소 농도를 25ppm 이하로 유지하는 것이 좋습니다. 불활성 가스 환경은 적층 인쇄 중 고순도 티타늄 합금의 오염을 방지합니다.
Q: 적층 제조된 티타늄 부품에는 어떤 후처리 방법이 사용되나요?
A: NaOH 또는 HCl 수조를 이용한 지지체 제거, 응력 완화 열처리, HIP 및 마감 가공이 일상적으로 사용됩니다. 기타 고급 기술로는 표면 텍스처링, 임플란트의 콜라겐 마이크로 패터닝, 샷 피닝을 통한 경화, 표면 아노다이징, 열 스프레이 또는 레이저 클래딩을 사용한 생체 활성 코팅 적용 등이 있습니다.
질문: 티타늄 합금 분말을 안전하게 취급하기 위한 모범 사례 지침에는 어떤 것이 있나요?
A: 본질적으로 안전한 전기 장비를 사용하고, 접지를 통해 정전기 축적을 최소화하며, 원래의 불활성 용기에 보관하고, 대기에 노출되지 않도록 하는 것이 중요합니다. 취급 시에는 마스크와 보호 복장을 착용해야 합니다. 소방 장비는 반응성 분말 화재에 대비하여 흑연 분말과 같은 특수 매체를 사용하여 착용해야 합니다.
