티타늄 기반 합금 분말의 응용 분야

티타늄 기반 합금 분말 개요

티타늄 기반 합금 분말 은 티타늄에 알루미늄, 바나듐, 철, 몰리브덴과 같은 다른 합금 원소를 혼합하여 만든 금속 분말입니다. 티타늄은 뛰어난 강도, 낮은 밀도, 높은 내식성 및 생체 적합성을 제공합니다. 티타늄 분말은 항공우주, 의료용 임플란트, 자동차 부품, 스포츠 장비 및 가볍고 내구성이 뛰어난 부품이 필요한 기타 애플리케이션에 널리 사용됩니다.

티타늄 합금 분말의 독특한 특성은 결정 구조에서 비롯됩니다. 순수 티타늄 분말에 합금 원소를 첨가하여 다양한 용도에 맞는 특정 특성을 향상시킵니다. 분말의 입자 모양, 크기 분포, 유동성 및 미세 구조는 적층 제조 또는 분말 야금 공정에서 성능을 최적화하도록 맞춤화할 수 있습니다.

이 가이드는 티타늄 합금 분말의 다양한 유형, 특성, 용도, 공급업체, 비용, 표준 등에 대한 자세한 개요를 제공합니다. 이 가이드는 구매자가 제조 요구 사항에 적합한 티타늄 분말을 선택할 수 있도록 돕는 것을 목표로 합니다.

티타늄 합금 분말 유형

티타늄 합금 분말에는 크게 네 가지 종류가 있습니다:

미세 구조와 그에 따른 특성은 합금 원소의 종류와 양에 따라 달라집니다:

알루미늄 는 알파 및 알파-베타 합금의 고온에서 강도와 크리프 저항성을 증가시킵니다.

바나듐 고용체 강화 및 침전 경화를 통해 강도를 제공합니다. 베타 및 니어베타 합금의 베타상을 안정화합니다.

철 를 첨가하여 알파상을 안정화하지만 연성을 감소시킬 수 있습니다.

몰리브덴 베타상 티타늄 합금을 강화하고 크리프 저항을 개선합니다.

크롬 강도와 고온 특성을 증가시킵니다.

니오븀 는 상온에서 베타상을 안정화시키고 침전물 경화를 가능하게 합니다.

티타늄 합금 분말의 응용 분야

티타늄 합금 분말은 다양한 응용 분야에 적합합니다:

고강도, 저밀도, 내식성 및 생체 적합성의 조합으로 티타늄 합금 분말은 신뢰성과 성능이 필요한 중요한 구조 부품에 이상적입니다.

사양 및 표준

티타늄 합금 분말은 화학, 입자 크기 분포, 유량 및 기타 품질 파라미터를 정의하는 ASTM 국제 표준에 따라 생산됩니다. 일반적인 사양은 다음과 같습니다:

• ASTM B348: 티타늄 및 티타늄 합금 분말에 대한 표준 사양
• ASTM B939: 코팅용 티타늄 합금 분말 표준 사양
• ASTM F1580: 코팅용 티타늄 및 티타늄-6 알루미늄 -4 바나듐 합금 분말에 대한 표준 사양
• ASTM F3049: 적층 제조 공정에 사용되는 금속 분말의 특성 특성화를 위한 표준 가이드

ISO와 같은 국제 표준 기관에서도 티타늄 분말 사양을 제공합니다:

• ISO 22068: 열 분무용 티타늄 분말
• ISO 23304: 적층 제조용 티타늄 합금 분말

분말 생산업체는 화학, 입자 크기, 형태, 유량 및 표준의 오염 요건을 준수하는지 확인하기 위해 재료와 공정을 지속적으로 테스트해야 합니다.

티타늄 합금 분말 특성

티타늄 합금 분말의 조성, 입자 크기 분포, 형태, 미세 구조, 유동성 및 오염 수준은 티타늄 합금 분말의 품질과 성능을 결정합니다:

입자 크기: 적층 제조의 밀도, 품질 및 정확도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 100미크론 이하의 미세 분말이 사용됩니다.

형태학: 구형, 불규칙 또는 혼합 입자 모양은 분말 흐름과 포장 밀도에 영향을 미칩니다. 위성 입자는 결함을 유발할 수 있습니다.

흐름성: 휴식 각도, 하우스너 비율 및 홀 유량계 깔때기 테스트와 같은 요소로 측정됩니다. 처리 중 공급에 중요합니다.

마이크로 구조: 합금 구성 및 생산 방법에 따라 알파, 알파-베타 또는 베타 미세 구조가 결정됩니다. 기계적 특성에 영향을 미칩니다.

산소/질소 함량: 수치가 높을수록 취성과 다공성이 증가합니다. 발열성 등급은 반응성과 안전성을 위해 산소 함량이 매우 낮습니다.

금속 불순물: 철, 크롬, 니켈 및 기타 오염 물질은 합금의 특성을 변화시킵니다. 엄격한 관리가 필요합니다.

티타늄 분말 생산 방법

티타늄 합금 분말의 네 가지 주요 생산 경로는 다음과 같습니다:

• 플라즈마 분무 - 고에너지 불활성 가스 플라즈마가 액체 금속을 녹여 크기 분포가 제어된 미세한 구형 분말로 원자화합니다. 반응성 합금에 일반적입니다.
• 가스 분무 - 불활성 가스가 액체 금속 스트림을 분말로 분해합니다. 플라즈마 공정보다 에너지가 적습니다. 불규칙한 형태.
• 회전 전극 공정 - 전기 아크가 와이어 공급 원료를 녹이고 원심력이 용융된 방울을 분말로 분산시킵니다. 비용 효율적인 방법입니다.
• 수화물-수소화물 프로세스 - 먼저 수산화티타늄 분말을 생산한 다음 탈수하여 부서지기 쉬운 불규칙한 티타늄 분말을 만듭니다. 저비용 애플리케이션에 사용되는 간단한 공정입니다.

분무 기술을 통해 고성능 부품에 중요한 분말 특성을 정밀하게 제어할 수 있습니다.

티타늄 합금 분말 공급 업체

많은 회사에서 다양한 용도와 가공 방법에 맞는 티타늄 합금 분말을 공급합니다:

선도적인 의료 및 항공우주 브랜드는 일관된 특성과 초미세 크기 제어가 필요한 중요한 응용 분야에 이러한 생산업체의 고품질 분말을 사용합니다.

티타늄 분말 가격

티타늄 합금 분말은 복잡한 추출 및 가공으로 인해 강철보다 가격이 비쌉니다:

가격은 다음에 따라 다릅니다:

• 화학 - 중요한 애플리케이션을 위한 화학 사양이 더 엄격한 등급은 더 높은 가격을 요구합니다.
• 생산 방법 - 가스 분무 및 플라즈마 분무 분말은 HDH 분말보다 가격이 비쌉니다.
• 입자 크기 - 45마이크론 이하의 미세한 분말은 더 거친 크기보다 더 비쌉니다.
• 주문량 - 1000kg 이상의 대량 주문은 공급업체로부터 더 나은 할인 혜택을 제공합니다.
• 처리 - 적층 제조에 사용되는 구형의 유동성 분말은 프레스 및 소결 응용 분야에 사용되는 불규칙한 분말에 비해 가격이 더 높습니다.
• 인증 - AS9100 및 ISO 9001 표준에 따라 완벽한 추적성과 QA를 갖춘 항공우주 등급은 프리미엄 가격이 책정됩니다.
• 이국적인 합금 - 특수한 용도를 위해 개발된 더 복잡한 독점 티타늄 합금은 매우 비쌉니다.

티타늄 분말 공급업체를 선택하는 방법

신뢰할 수 있는 티타늄 합금 분말 공급업체를 선택하는 것이 중요합니다. 고려해야 할 주요 요소는 다음과 같습니다:

• 경험 - 티타늄 분말 생산 기술 분야에서 수십 년의 경험을 가진 제조업체를 찾아보세요. 이를 통해 공정 숙달을 보장합니다.
• 품질 시스템 - 공급업체는 엄격한 품질 관리 및 테스트를 보장하기 위해 ISO 9001, ISO 13485, AS9100 또는 기타 인증을 보유해야 합니다.
• 생산 능력 - 현재와 미래의 운영 성장에 따라 필요한 물량을 안정적으로 충족할 수 있는 공급업체와 파트너 관계를 맺으세요.
• 기술 전문성 - 파우더 생산업체는 맞춤형 합금 개발을 위해 협력하고 애플리케이션에 적합한 등급에 대해 조언할 수 있는 사내 기술팀을 보유해야 합니다.
• 업계 평판 - 평판이 좋은 공급업체는 선도적인 항공우주, 의료 및 산업 브랜드가 역량과 성과 실적에 대해 신뢰하고 있습니다.
• 안전 - 안전 프로그램, 자재 취급 프로토콜, 위험 물질 운송 규정 준수 여부를 평가합니다.
• 부가 가치 서비스 - 일부 공급업체는 재고 관리, 빠른 배송, 애플리케이션 프로토타이핑 지원과 같은 추가 혜택을 제공합니다.

고급 생산 기술, 광범위한 제품 범위, 경쟁력 있는 가격, 대상 산업에서 강력한 실적을 보유한 티타늄 분말 제조업체를 우선적으로 고려하세요.

적층 제조용 티타늄 분말을 선택하는 방법

결함이 없는 고품질 3D 프린팅 부품을 제작하려면 최적의 티타늄 합금 파우더를 선택하는 것이 중요합니다. 다음 가이드라인을 따르세요:

1. 합금과 애플리케이션 일치

• 강도, 연성 및 내식성의 최상의 조합을 위해 Ti-6Al-4V를 사용합니다.
• 더 높은 연성을 원한다면 Ti-6Al-4V ELI를, 더 나은 강도와 열처리성을 원한다면 5등급을 선택하세요.
• F2924 또는 F3001과 같은 ASTM 표준을 지정하여 화학 및 특성을 정의하세요.

2. 유동성을 위한 구형 형태

• 구형 분말은 고르게 퍼지고 조밀하게 포장되며 원활하게 흐릅니다. 가스 또는 플라즈마 분무는 최상의 구형성과 흐름을 제공합니다.

3. 촘촘한 입자 크기 분포

• 15-45 미크론 사이의 분포는 조밀한 포장과 우수한 흐름을 가능하게 합니다. 범위가 너무 넓으면 분리 문제가 발생합니다.

4. 낮은 산소 함량

• 산소가 높을수록 취성 및 다공성이 증가합니다. 최대 레벨을 0.20% 미만으로 지정합니다.

5. 미세 위성 최소화

• 10마이크론 미만의 위성은 분말에 갇혀 필터를 막고 결함을 일으킵니다.

6. 매끄러운 표면 질감

• 거칠고 다공성인 분말 입자는 가스를 가두어 인쇄 중에 다공성을 유발합니다.

7. 파우더를 프린터 요구 사항에 맞추기

• 호환되는 합금, 크기 범위, 모양 및 화학 물질에 대해서는 프린터 제조업체의 지침을 참조하십시오.

올바른 티타늄 합금 분말을 선택하면 프린팅 공정, 부품 특성, 성능 및 생산 경제성을 최적화할 수 있습니다.

티타늄 분말 3D 프린터 설치 및 작동

티타늄 합금 분말을 사용한 적층 제조는 안전한 고품질 인쇄를 위해 세심한 설치와 작동이 필요합니다. 다음 모범 사례를 따르세요:

설치

• 안정적이고 진동이 없는 표면에 프린터 설치
• 일관성을 위해 실내 온도를 20~25°C로 유지하세요.
• 지정된 대로 불활성 아르곤 가스 공급 및 환기 제공
• 냉각수 공급 및 냉각기 시스템 설치
• 사용한 파우더의 재활용 시스템 설정
• 습도 센서를 통해 50% 미만의 수치를 모니터링하세요.
• 정전기 방지 바닥재, 접지선 및 이오나이저 사용

운영

• 초기 테스트 빌드를 실행하여 파라미터 최적화
• 오염을 방지하기 위해 분말을 올바르게 보관하고 취급하세요.
• 각 빌드 전에 파우더를 체로 쳐서 새틀라이트 버리기
• 빌드 플레이트 설정에 대한 OEM 가이드라인을 따르세요.
• 0.12% 미만의 산소 레벨 모니터링 및 제어
• 모든 시스템 구성 요소를 정기적으로 청소 및 유지 관리
• MES 및 MOM 소프트웨어 시스템으로 프로세스 자동화
• 빌드를 분석하여 레이어 시간, 오프셋 및 위치를 미세 조정하세요.
• 품질 검사에 따라 필요에 따라 매개변수 조정

철저한 교육, 제어된 조건 및 예방적 유지보수를 통해 일관된 고품질 인쇄 품질을 보장하고 프린터 생산성을 최적화합니다.

티타늄 분말 프린터 유지 관리

티타늄 파우더 프린터의 최고 성능, 반복 가능한 부품 품질 및 긴 서비스 수명을 위해서는 일관된 유지보수가 필수적입니다:

프린터 가용성, 인쇄 일관성 및 운영 수명을 극대화하려면 OEM 일정에 따른 예방적 유지 관리가 필수적입니다.

메탈 파우더 베드 퓨전 프린터 브랜드 선택 방법

티타늄 합금에 적합한 파우더 베드 융합 3D 프린터를 선택하는 데는 여러 가지 요소를 고려해야 합니다:

인쇄 품질 및 속성

• 부품 정확도, 밀도, 표면 마감, 미세 구조
• 인장 및 피로 강도와 같은 기계적 특성

머티리얼 기능

• 지원되는 티타늄 등급 범위
• 반응성 및 고온 합금과의 호환성

생산성

• 빌드 볼륨, 속도, 자동화 기능
• 소프트웨어 워크플로우, 디지털 도구, 후처리 용이성

운영 비용

• 파우더 사용 효율성, 재활용률
• 부품 인쇄당 인건비, 에너지 및 소모품 비용

안정성 및 가동 시간

• 프린터의 견고성, 수명, 서비스 가능성
• OEM 지원 서비스 및 응답성

안전

• 분말 및 배출물 처리
• 산소 레벨 모니터링 및 제어

초기 투자

• 프린터 하드웨어, 액세서리, 주변 장치
• 시설 인프라 및 설치 서비스

확장성

• 생산 능력 성장 잠재력
• 폭넓은 기술 포트폴리오 및 애플리케이션 전문 지식

티타늄 합금의 선도적인 프린터 브랜드는 EOS, GE Additive, Velo3D, Renishaw, Trumpf입니다. 데모를 예약하고, 성능 데이터를 비교하고, 시스템을 선택할 때 총 소유 비용을 계산해 보세요.

금속 분말 베드 융합 3D 프린팅용 부품 설계 방법

적층 가공을 위해 특별히 부품을 설계하면 성능 이점을 누리고 제조 문제를 방지할 수 있습니다:

혜택

• 어셈블리를 하나의 복잡한 부품으로 통합
• 격자와 얇은 벽으로 가벼운 유기적 모양 만들기
• 하중 경로에 맞게 정렬하여 재료 강도 최적화
• 내부 냉각 채널 및 언더컷 통합

디자인 가이드라인

• 융합을 보장하기 위해 최소 0.3-0.5mm의 벽 두께 사용
• 지지대를 피하기 위한 자립형 지오메트리 설계
• 모따기와 반경이 있어 가루를 쉽게 제거할 수 있습니다.
• 돌출부와 아래쪽을 향한 표면을 최소화하기 위해 부품의 방향 지정
• 높이와 열 응력을 최소화하기 위해 베이스 플레이트에 부품을 배치합니다.
• 균일한 벽 두께로 균일한 난방 및 냉방 설계
• 미분말 제거를 위해 빈 부분에 접근 구멍을 허용합니다.
• 부품 치수를 확장하여 수축을 고려합니다.

이방성 격자 설계, 형상 분석, 열 모델링, 머신 러닝 알고리즘과 같은 시뮬레이션 및 최적화 툴을 통해 3D 프린팅을 통해서만 가능한 설계가 가능합니다.

금속 사출 성형과 금속 3D 프린팅 비교

금속 사출 성형(MIM)과 금속 3D 프린팅은 모두 분말로 복잡한 부품을 생산하지만 뚜렷한 차이점이 있습니다:

비용: MIM은 금형 툴링에 드는 초기 비용이 높지만 대량 생산 시 부품당 비용이 낮습니다. 적층 가공은 툴링이 필요하지 않으므로 소량에서 중량 생산 시 더 경제적입니다.

디자인: MIM은 드래프트 각도가 필요한 반면 AM은 드래프트 없이 복잡한 형상을 생성할 수 있습니다. AM은 MIM으로는 불가능한 경량 격자 구조를 가능하게 합니다.

자료: MIM은 스테인리스강과 공구강을 포함한 광범위한 소재를 제공합니다. AM은 티타늄, 니켈, 코발트 크롬과 같은 반응성 및 고온 합금으로 제한됩니다.

품질: 고정밀 툴링을 사용할 때 MIM 부품은 일관성과 정확성이 뛰어납니다. AM 정확도는 공정 제어에 따라 다르지만 ±0.2% 이상에 도달할 수 있습니다.

후처리: MIM 부품은 바인더 제거 및 소결이 필요합니다. AM 부품은 서포트를 제거해야 하며 열간 등방성 프레스 및 기계 가공이 필요할 수 있습니다.

기계적 특성: MIM은 등방성 특성을 제공합니다. 적층 제조 부품은 방향 강도를 가진 레이어별로 제작되기 때문에 이방성이 있습니다.

애플리케이션: MIM은 대량 생산이 필요한 자동차 및 소비재에 적합합니다. AM은 항공우주, 의료 및 산업용 소량 복합 금속 부품에 선호됩니다.

리드 타임: MIM은 생산 전 툴링에 몇 주가 소요됩니다. 적층 가공은 툴링 없이 몇 시간 또는 며칠 내에 부품을 제작할 수 있습니다.

공급망: MIM은 툴링, 금속 분말, 폴리머 바인더, 소결 용량의 물류에 따라 달라집니다. 적층 제조는 현장에서 소결하는 금속 분말만 사용하므로 공급망이 간소화됩니다.

지속 가능성: 적층 가공은 감산 공정에 비해 재료 낭비와 에너지 사용량이 적습니다. 하지만 미세 AM 분말의 분무화는 환경에 영향을 미칩니다.

요약하면, MIM과 AM은 모두 소형의 복잡한 금속 부품을 제작할 수 있지만, 각 방식은 물량, 리드 타임, 품질 및 비용에 따라 특정 응용 분야에 적합하다는 본질적인 차이가 있습니다.

티타늄 분말 야금의 장점과 한계

티타늄 분말 야금은 이점을 제공하지만 단조 티타늄에 비해 몇 가지 한계가 있습니다:

장점

• 복잡한 형상을 가진 컴포넌트 제작 가능
• 고체 가공 대비 폐기물 대폭 감소
• 잉곳 야금으로 가공하기 어려운 합금을 가공할 수 있습니다.
• 그물 모양에 가까운 기능으로 가공 감소
• 부품을 최대 밀도 및 미세한 미세 구조로 소결할 수 있습니다.
• 기계적 특성이 주조 소재를 능가하고 단조 소재와 일치
• 1차 추출 및 처리보다 낮은 에너지 소비

제한 사항

• 알루미늄 및 강철보다 높은 재료 비용
• 가공 가공보다 작은 부품 크기로 제한
• 소결 중 보호 분위기가 필요함
• 저온에서 취성 수 소화물 상 형성
• 열간 등방성 프레싱 없이 잔류 다공성 가능
• 반응성 분말은 특별한 취급이 필요합니다.
• 소결 중 왜곡 또는 성장
• 이방성 수축 및 속성
• 종종 필요한 2차 가공

적층 제조는 파우더 품질과 프린팅 파라미터의 지속적인 개선을 통해 기존 분말 야금의 크기, 모양, 미세 구조 한계를 극복하는 데 도움이 됩니다.

티타늄 분말 안전 주의사항

반응성 티타늄 분말을 취급할 때는 안전이 매우 중요합니다:

• 파우더 취급 시 공기 노출을 방지하기 위해 불활성 가스 글러브 박스 사용
• 작업자 노출 수준은 티타늄 분진에 대한 OSHA 허용 노출 한도(PEL)인 15mg/m3을 준수해야 합니다.
• 정전기 방전을 제어하고 30% 미만의 산소를 유지하여 분말 발화 방지
• 모든 장비를 접지하고 정전기 방지 신발, 장갑, 의류를 사용하세요.
• 폭발 위험을 줄이기 위해 미세 분말 침전물이 쌓이지 않도록 하세요.
• 적절한 환기 및 먼지 배출 시스템 제공
• 미세 입자 흡입을 제한하기 위해 NIOSH 승인 마스크를 착용하세요.
• 레이저 파우더 베드 융합 기계 챔버에 입자 필터 사용
• 산소 센서 및 화재 진압 시스템 설치
• 밀폐된 용기에만 분말을 취급하고 보관하세요.
• 반응성 위험 물질 운송에 대한 규정을 준수하세요.
• 사용한 분말은 금속 폐기물로 올바르게 폐기하고 매립지에 버리지 마십시오.
• 분말 유출 또는 화재에 대한 비상 대응 프로토콜 수립
• 모든 작업자에게 분말 인화성 위험 및 적절한 취급 절차에 대해 교육합니다.

책임감 있는 취급과 엄격한 안전 프로토콜을 통해 반응성 티타늄 분말 작업의 위험을 최소화할 수 있습니다.

자주 묻는 질문

Q: 티타늄 합금 분말의 주요 용도는 무엇인가요?

A: 항공우주 산업은 엔진 부품, 기체 부품, 패스너 및 내열성, 내식성과 함께 극한의 강도를 필요로 하는 기타 중요한 경량 구조 부품을 생산하는 데 티타늄 분말을 사용하여 60% 이상의 티타늄 분말 소비량을 차지합니다.

Q: 적층 가공에 가장 적합한 티타늄 합금 등급은 무엇입니까?

A: Ti-6Al-4V는 강도, 연성, 피로 저항성 및 내식성의 우수한 조합으로 인해 적층 가공에 가장 많이 사용되는 티타늄 합금입니다. ELI "초저간극" 버전은 AM에 필요한 높은 파단 인성 및 충격 강도를 제공합니다.

Q: 티타늄 분말 베드 융합에 가장 적합한 입자 크기 범위는 어느 정도인가요?

A: 15~45미크론의 입자 크기 범위는 결함 없는 인쇄에 필요한 조밀한 패킹과 부드러운 파우더 흐름의 균형을 유지합니다. 10미크론 미만은 문제가 될 수 있습니다.

Q: 3D 프린팅 후 티타늄 파우더는 어떻게 재활용되나요?

A: 각 프린팅 레이어 후에 용융되지 않은 잉여 티타늄 파우더를 수집하고 체로 쳐서 큰 오염 물질을 제거합니다. 그런 다음 "사용한" 파우더를 순수 파우더와 혼합하고 열처리한 후 재사용하여 재료 비용을 절감할 수 있습니다.

Q: 금속 프린팅 파우더에서 유동성이 중요한 측정 기준인 이유는 무엇인가요?

A: 우수한 파우더 흐름과 패킹 밀도는 프린팅 시 균일하고 일관된 레이어를 보장하여 부품 정확도와 품질을 향상시킵니다. 휴식각 및 홀 유량계 깔때기 테스트와 같은 측정 방법을 통해 유동성을 특성화할 수 있습니다.

Q: 산소 함량은 티타늄 분말 품질에 어떤 영향을 미칩니까?

A: 산소 농도가 높을수록 취성 티타늄 산화물의 형성으로 인해 취성이 증가하고 연성이 낮아집니다. 적층 제조의 경우 최적의 기계적 성능을 위해 산소를 2000-3500ppm으로 제한해야 합니다.

Q: 3D 프린팅된 티타늄 부품의 이방성 특성의 원인은 무엇인가요?

A: 파트는 프린트된 각 레이어에서 수평으로 강하지만 레이어 간 수직으로 약합니다. 이러한 이방성은 더 미세한 파우더 크기, 더 낮은 레이어 두께, 빌드 파라미터 최적화를 통해 최소화할 수 있습니다.

Q: 가스 분무 분말이 플라즈마 분무 분말보다 AM에 적합하지 않은 이유는 무엇입니까?

A: 저에너지 가스 분무는 플라즈마 공정에서 구형 입자에 비해 더 불규칙하고 길쭉한 분말 형태를 생성합니다. 이로 인해 파우더 흐름과 패킹 밀도가 떨어집니다.

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