개요
티타늄 분말 은 고강도, 저밀도, 내식성, 생체 적합성의 독특한 조합으로 가치를 인정받는 다용도 금속 소재입니다. 분말인 티타늄은 금속 사출 성형(MIM), 적층 제조(AM), 열간 등방성 프레스(HIP), 분말 야금(PM) 프레스 및 소결과 같은 고급 제조 기술을 용이하게 하여 복잡한 티타늄 부품을 만들 수 있습니다.
티타늄 분말의 주요 응용 분야에는 항공우주 부품, 의료용 임플란트, 자동차 부품, 스포츠 장비, 화학 처리 및 소비재가 포함됩니다. 이 가이드는 생산 방법, 합금 구성, 특성, 특성, 사양, 응용 분야 및 글로벌 공급업체를 포함하여 티타늄 분말에 대한 포괄적인 개요를 제공합니다. 엔지니어, 제품 설계자, 기술 프로그램 관리자가 티타늄 분말을 선택하고 사용하는 데 도움을 주는 것을 목표로 합니다.
티타늄 분말 생산
티타늄 분말은 다음과 같은 주요 방법을 사용하여 생산됩니다:
티타늄 분말 생산 방법
- 가스 분무 - 고압 불활성 가스가 용융된 티타늄을 구형 분말로 분해합니다.
- 플라즈마 원자화 - 티타늄 전극 아크가 초미세 구형 분말을 생성합니다.
- 하이드레이딩/탈수화 - 티타늄 하이드라이드 분말(TiO2)을 탈수하여 미세한 분말로 만듭니다.
- 기계식 밀링 - 볼 밀링은 티타늄 칩을 불규칙한 입자로 분해합니다.
- 혈장 스페로이드화 - 불규칙한 분말을 플라즈마에서 녹여 구형 모양을 만듭니다.
가스 분무와 기계적 밀링이 가장 일반적이며, 각각 구형과 각진 분말 모양을 만듭니다. 추가적인 스크리닝, 컨디셔닝 및 블렌딩을 통해 애플리케이션별 입자 크기 분포를 생성할 수 있습니다.
구성 티타늄 분말
상업적으로 순수한 티타늄 분말을 구할 수 있지만, 대부분의 산업용 분말에는 소량의 합금 원소가 포함되어 있습니다:
일반적인 티타늄 분말 조성
| 합금 | 주요 합금 원소 | 주요 특징 |
|---|---|---|
| CP 티타늄 | 99.5%+ Ti | 뛰어난 내식성 |
| Ti-6Al-4V | 6% Al, 4% V | 고강도, 열처리 가능 |
| Ti-6Al-7Nb | 6% Al, 7% Nb | 고강도, 생체 적합성 |
| Ti-555 | 5% Al, 5% Mo, 5% V | 열처리, 기계 가공 가능 |
| Ti-1023 | 10% V, 2% Fe, 3% Al | 고강도, 우수한 연성 |
알루미늄, 바나듐, 니오븀은 강도와 작업성을 향상시키기 위해 일반적으로 첨가됩니다. 미량의 붕소, 탄소, 철 및 산소도 나타납니다.
합금은 우수한 내식성을 유지하면서 미세 구조, 경도, 기계 가공성 및 기타 특성을 맞춤화합니다.
티타늄 분말의 특성
티타늄 파우더의 주요 특징은 다음과 같습니다:
티타늄 분말 특성
| 특성 | 일반적인 값 | 중요성 |
|---|---|---|
| 입자 크기 | 10 - 150 미크론 | 소결 거동, 표면 마감 |
| 파티클 모양 | 구형, 각형, 수지상돌기형 | 분말 흐름 및 포장 밀도 |
| 겉보기 밀도 | 1.5 - 4.0g/cc | 누르기 및 처리 동작 |
| 탭 밀도 | 2.5 - 4.5g/cc | 압축률 표시기 |
| 홀 유량 | 25 - 35 초/50g | 분말 유동성 |
| 점화 시 손실 | 0.1 - 0.5 wt% | 산소 및 수분 함량 |
| 화염성 | 없음 | 인화성 및 취급 주의 사항 |
입자 크기 분포와 분말 모양은 분말 흐름, 압축, 소결 반응, 프레스 및 소결 부품의 밀도에 큰 영향을 미칩니다. 겉보기 밀도는 파우더 압축성을 나타냅니다.
티타늄 분말의 특성
티타늄 분말의 주요 특성은 다음과 같습니다:
티타늄 분말 속성
| 속성 | 퓨어 티 | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|---|
| 밀도 | 4.5g/cc | 4.43g/cc | 4.52g/cc |
| 인장 강도 | 240 MPa | 930 MPa | 900 MPa |
| 수율 강도 | 170 MPa | 860 MPa | 825 MPa |
| 신장 | 24% | 10% | 15% |
| 탄성 계수 | 102 GPa | 114 GPa | 105 GPa |
| 경도 | 80 HB | 334 HB | 321 HB |
| 열 용량 | 522 J/kg-K | 526 J/kg-K | 527 J/kg-K |
| 열 전도성 | 7.2 W/m-K | 7.2 W/m-K | 6.7 W/m-K |
알루미늄, 바나듐, 니오븀과 합금하면 강도와 경도가 크게 향상됩니다. 특정 특성은 최종 미세 구조에 따라 크게 달라집니다.
응용 프로그램 티타늄 분말
티타늄 분말의 주요 응용 분야는 다음과 같습니다:
티타늄 분말 응용 분야
| 산업 | 용도 | 주요 이유 |
|---|---|---|
| 항공우주 | 구조 부품, 터빈 블레이드, 패스너 | 높은 중량 대비 강도 비율 |
| 의료 | 정형외과 임플란트, 치과 임플란트, 수술 도구 | 생체 적합성, 내식성 |
| 자동차 | 커넥팅 로드, 밸브, 스프링, 패스너 | 가벼운 무게, 성능 |
| 화학 | 탱크, 파이프, 밸브, 펌프 | 내식성 |
| 스포츠 용품 | 골프 클럽, 자전거, 헬멧 | 강도, 맞춤형 기계적 특성 |
| 석유화학 | 다운홀 공구, 유정 부품 | 강도, 내식성 |
티타늄의 고유한 특성 덕분에 항공우주 부품의 무게를 줄이면서도 극한의 환경에서도 기계적 무결성을 유지하는 데 유리합니다.
뛰어난 생체 적합성과 내식성으로 정형외과 및 치과용 임플란트에 사용됩니다. 티타늄의 특성을 맞춤화할 수 있는 능력은 특수한 성능 특성을 가진 스포츠 용품 제작을 용이하게 합니다.
티타늄 분말 사양
티타늄 분말의 구성과 품질은 다양한 표준 사양에 의해 정의됩니다:
티타늄 분말 표준
| 표준 | 범위 | 입자 크기 | 순도 | 화학 |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B348 | 1-4 등급 비합금 Ti 분말 | -635 메시 | 99.5%, 99.9%, 99.95% Ti | O, C, N, H 한도 |
| ASTM B801 | Ti-6Al-4V 합금 분말 | -635 메시 | Ti, Al, V 구성 범위 | 간격 제한 |
| ISO 23301 | 적층 제조 Ti 분말 | 10-45 미크론 | 99.5%+ Ti | O, N, C, H, Fe 한도 |
| AMS 4992 | 항공우주 등급 Ti-6Al-4V 분말 | -150 메시 | Ti, Al, V 구성 범위 | 간격 제한 |
여기에는 허용 가능한 합금 첨가 수준, 산소/질소/탄소 등의 불순물, 입자 크기 분포 및 다양한 용도와 관련된 기타 테스트 방법이 정의되어 있습니다.
티타늄 분말의 글로벌 공급 업체
많은 대기업이 소규모 지역 제조업체와 함께 티타늄 분말을 생산합니다:
티타늄 분말 제조업체
| 공급업체 | 제작 방법 | 재료 | 기능 |
|---|---|---|---|
| ATI 금속 | 가스 분무 | Ti-6Al-4V, Ti-1023, 순수 Ti | 넓은 합금 범위, 대용량 |
| 프렉스에어 표면 기술 | 가스 분무 | Ti-6Al-4V, CP Ti | 소량, 빠른 배송 |
| 목수 첨가제 | 가스 분무, 수화물-수소화물 | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, 순수 Ti | 맞춤형 합금, 소량 로트 |
| AP&C | 플라즈마 분무 | CP Ti, Ti 합금 | 초미세 10-45 미크론 분말 |
| Tekna | 혈장 구상화 | Ti-6Al-4V, CP Ti | 칩을 구형 분말로 변환 |
| 바오지 한즈 티타늄 | 하이드레이딩 | CP Ti, Ti-6Al-4V | 저렴한 비용중국 생산자 |
많은 업체가 표준 합금과 맞춤형 합금을 모두 공급합니다. 일부는 스크랩과 칩을 분말로 가공하는 유료 서비스를 제공합니다.
선택 티타늄 분말
티타늄 파우더를 선택할 때 고려해야 할 주요 사항은 다음과 같습니다:
- 합금 구성 - 강도, 연성, 경도 등 원하는 특성의 균형을 맞출 수 있습니다.
- 순도 수준 - 기계적 특성 및 미세 구조에 영향을 미칩니다.
- 입자 크기 및 모양 - 파우더 흐름, 밀도, 표면 마감에 영향을 미칩니다.
- 겉보기 및 탭 밀도 - 압축성 및 소결 반응을 나타냅니다.
- 화학적 호환성 - 산성 또는 염수와 같은 서비스 조건의 경우
- 샘플링 절차 - 분말 로트의 대표 테스트
- 품질 인증 - ISO 9001, AS9100 등
- 기술 전문성 분말 생산업체로부터
샘플 빌드 및 프로토타입은 특정 용도에 맞는 새로운 합금 및 분말을 검증하는 데 도움이 됩니다. 평판이 좋은 공급업체와 긴밀히 협력하여 최적의 결과를 위해 잘 특성화된 티타늄 분말을 확보합니다.
자주 묻는 질문
플라즈마 분무 티타늄 분말의 장점은 무엇인가요?
플라즈마 원자화는 일반적으로 10~45미크론 크기의 매우 구형이며 유동하는 입자를 생성합니다. 이를 통해 우수한 소결 밀도와 표면 마감이 가능합니다.
티타늄 분말이 발열하는 원인은 무엇인가요?
발열성 티타늄 분말은 공기 중에서 자연 발화합니다. 이는 표면적과 반응성을 크게 증가시키는 10미크론 이하의 극히 작은 입자 크기 때문에 발생합니다. 발열성 분말에는 불활성 가스 취급을 사용하세요.
입자 모양이 티타늄 분말의 특성에 어떤 영향을 미치나요?
구형 분말은 잘 흐르고 밀도와 기계적 특성이 더 높고 균일합니다. 불규칙한 분말은 녹색 강도와 압축성이 우수하지만 수축을 예측하기 어렵습니다.
티타늄 분말 재사용을 개선할 수 있는 후처리에는 어떤 것이 있나요?
스크리닝, 밀링 및 열처리를 통해 사양을 벗어난 분말을 재사용할 수 있습니다. 플라즈마 스페로이드화는 칩과 거친 입자를 구형 분말 공급 원료로 변환합니다.
티타늄 부품의 적층 제조에는 어떤 표준이 적용되나요?
ASTM F3001-14는 적층 제조용 티타늄 합금 분말의 특성 분석 및 품질 관리를 다룹니다. ASTM F2924-14는 AM 티타늄의 기계적 특성을 평가하기 위한 표준 테스트 방법을 제공합니다.
티타늄과 강철 복합 구조물을 3D 프린팅할 수 있나요?
예, 일부 금속 3D 프린팅 공정에서는 한 부품 내에서 티타늄과 스테인리스강 합금 사이를 정밀한 재료 전환을 통해 전환하여 바이메탈 부품을 제작할 수 있습니다.
결론
티타늄 분말은 금속의 고유한 특성 덕분에 엔지니어가 고성능 부품을 제작할 수 있는 뛰어난 유연성을 제공합니다. 파우더 특성을 신중하게 선택하고 숙련된 공급업체와의 긴밀한 협업을 통해 여러 중요한 응용 분야에서 최적의 결과를 얻을 수 있습니다. 지속적인 발전으로 티타늄 분말 야금 공정의 역량, 품질 및 비용 효율성이 지속적으로 확대되고 있습니다.
