Vue d'ensemble
La poudre de titane est un matériau métallique polyvalent apprécié pour sa combinaison unique de haute résistance, de faible densité, de résistance à la corrosion et de biocompatibilité. En tant que poudre, le titane facilite les techniques de fabrication avancées telles que le moulage par injection de métal (MIM), la fabrication additive (AM), le pressage isostatique à chaud (HIP), le pressage et le frittage par métallurgie des poudres (PM) pour créer des composants complexes en titane.
Les principales applications de la poudre de titane comprennent les composants aérospatiaux, les implants médicaux, les pièces automobiles, les équipements sportifs, le traitement chimique et les produits de consommation. Ce guide fournit une vue d'ensemble de la poudre de titane, y compris les méthodes de production, la composition des alliages, les caractéristiques, les propriétés, les spécifications, les applications et les fournisseurs mondiaux. Il vise à aider les ingénieurs, les concepteurs de produits et les responsables de programmes techniques à sélectionner et à utiliser les poudres de titane. poudres de titane.
Production de poudre de titane
La poudre de titane est produite à l'aide des méthodes primaires suivantes :
Méthodes de production de la poudre de titane
- Atomisation des gaz - Le gaz inerte à haute pression désintègre le titane fondu en poudre sphérique.
- Atomisation par plasma - Les arcs des électrodes de titane créent une poudre sphérique ultrafine
- Hydruration/déshydruration - La poudre d'hydrure de titane (TiO2) est déshydratée en poudres fines.
- Fraisage mécanique - Le broyage à billes réduit les copeaux de titane en particules irrégulières
- Sphéroïdisation du plasma - Poudre irrégulière fondue dans le plasma pour produire des formes sphériques
L'atomisation par gaz et le broyage mécanique sont les méthodes les plus courantes, créant respectivement des formes de poudre sphériques et angulaires. Des opérations supplémentaires de criblage, de conditionnement et de mélange permettent d'obtenir des distributions granulométriques spécifiques à l'application.
Compositions de poudre de titane
Alors que les produits commercialement purs poudres de titane sont disponibles, la plupart des poudres à usage industriel contiennent de petites quantités d'éléments d'alliage :
Compositions courantes de poudre de titane
| Alliage | Éléments d'alliage primaire | Caractéristiques principales |
|---|---|---|
| CP Titane | 99,5%+ Ti | Excellente résistance à la corrosion |
| Ti-6Al-4V | 6% Al, 4% V | Haute résistance, traitement thermique |
| Ti-6Al-7Nb | 6% Al, 7% Nb | Haute résistance, biocompatible |
| Ti-555 | 5% Al, 5% Mo, 5% V | Traitée thermiquement, usinable |
| Ti-1023 | 10% V, 2% Fe, 3% Al | Haute résistance, bonne ductilité |
L'aluminium, le vanadium et le niobium sont des ajouts courants pour améliorer la résistance et la maniabilité. Des traces de bore, de carbone, de fer et d'oxygène sont également présentes.
L'alliage permet d'adapter la microstructure, la dureté, l'usinabilité et d'autres propriétés tout en conservant une excellente résistance à la corrosion.
Caractéristiques des poudres de titane
Les principales caractéristiques de la poudre de titane sont les suivantes
Caractéristiques de la poudre de titane
| Caractéristique | Valeurs typiques | Importance |
|---|---|---|
| Taille des particules | 10 - 150 microns | Comportement au frittage, état de surface |
| Forme des particules | Sphérique, angulaire, dendritique | Flux de poudre et densité d'emballage |
| Densité apparente | 1,5 - 4,0 g/cc | Comportement en cas de pression et de manipulation |
| Densité du robinet | 2,5 - 4,5 g/cc | Indicateur de compressibilité |
| Débit de Hall | 25 - 35 s/50g | Fluidité de la poudre |
| Perte à l'allumage | 0,1 - 0,5 wt% | Teneur en oxygène et en humidité |
| Pyrophoricité | Aucun | Inflammabilité et précautions de manipulation |
La distribution de la taille des particules et la forme de la poudre ont un impact significatif sur l'écoulement de la poudre, le compactage, la réponse au frittage et la densité des pièces pressées et frittées. La densité apparente indique la compressibilité de la poudre.
Propriétés de Poudres de titane
Les principales propriétés de la poudre de titane sont les suivantes
Propriétés de la poudre de titane
| Propriété | Pure Ti | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|---|
| Densité | 4,5 g/cc | 4,43 g/cc | 4,52 g/cc |
| Résistance à la traction | 240 MPa | 930 MPa | 900 MPa |
| Limite d'élasticité | 170 MPa | 860 MPa | 825 MPa |
| Élongation | 24% | 10% | 15% |
| Module d'élasticité | 102 GPa | 114 GPa | 105 GPa |
| Dureté | 80 HB | 334 HB | 321 HB |
| Capacité thermique | 522 J/kg-K | 526 J/kg-K | 527 J/kg-K |
| Conductivité thermique | 7,2 W/m-K | 7,2 W/m-K | 6,7 W/m-K |
Les alliages avec l'aluminium, le vanadium et le niobium améliorent considérablement la résistance et la dureté. Les propriétés spécifiques dépendent fortement de la microstructure finale.
Applications de la poudre de titane
Les principales applications de la poudre de titane sont les suivantes
Applications de la poudre de titane
| L'industrie | Utilisations | Raisons principales |
|---|---|---|
| Aérospatiale | Composants structurels, pales de turbines, fixations | Rapport résistance/poids élevé |
| Médical | Implants orthopédiques, implants dentaires, outils chirurgicaux | Biocompatibilité, résistance à la corrosion |
| Automobile | Bielles, soupapes, ressorts, fixations | Légèreté, performance |
| Chimique | Réservoirs, tuyaux, vannes, pompes | Résistance à la corrosion |
| Articles de sport | Clubs de golf, vélos, casques | Résistance, propriétés mécaniques adaptées |
| Pétrochimie | Outils de fond de puits, pièces pour têtes de puits | Solidité, résistance à la corrosion |
Les propriétés uniques du titane le rendent intéressant pour réduire le poids des composants aérospatiaux tout en maintenant l'intégrité mécanique dans des environnements extrêmes.
L'excellente biocompatibilité et la résistance à la corrosion favorisent l'utilisation d'implants orthopédiques et dentaires. La possibilité d'adapter les propriétés du titane facilite la fabrication d'articles de sport présentant des caractéristiques de performance particulières.
Spécifications des poudres de titane
La composition et la qualité de la poudre de titane sont définies par diverses spécifications standard :
Étalons de poudre de titane
| Standard | Champ d'application | Taille des particules | La pureté | Chimie |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B348 | Poudre de Ti non allié de qualité 1-4 | -635 mailles | 99.5%, 99.9%, 99.95% Ti | Limites O, C, N, H |
| ASTM B801 | Poudre d'alliage Ti-6Al-4V | -635 mailles | Gammes de composition Ti, Al, V | Limites interstitielles |
| ISO 23301 | Fabrication additive Poudre de Ti | 10-45 microns | 99,5%+ Ti | Limites O, N, C, H, Fe |
| AMS 4992 | Poudre de qualité aérospatiale Ti-6Al-4V | -150 mailles | Gammes de composition Ti, Al, V | Limites interstitielles |
Celles-ci définissent les niveaux acceptables d'ajouts d'alliages, d'impuretés telles que l'oxygène, l'azote et le carbone, les distributions granulométriques et d'autres méthodes d'essai pertinentes pour différentes applications.
Fournisseurs mondiaux de Poudres de titane
De nombreuses grandes entreprises produisent des poudres de titane, ainsi que des fabricants régionaux plus modestes :
Fabricants de poudre de titane
| Fournisseur | Méthodes de production | Matériaux | Capacités |
|---|---|---|---|
| ATI Metals | Atomisation du gaz | Ti-6Al-4V, Ti-1023, Ti pur | Large gamme d'alliages, grands volumes |
| Praxair | Atomisation du gaz | Ti-6Al-4V, CP Ti | Petits lots, livraison rapide |
| Additif pour charpentier | Atomisation des gaz, hydrure-déhydrure | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti pur | Alliages sur mesure, petits lots |
| AP&C | Atomisation par plasma | CP Ti, alliages de Ti | Poudre ultrafine 10-45 microns |
| Tekna | Sphéroïdisation du plasma | Ti-6Al-4V, CP Ti | Transformer les copeaux en poudre sphérique |
| Baoji Hanz Titanium | Hydrides | CP Ti, Ti-6Al-4V | Faible coûtProducteur chinois |
Nombre d'entre eux fournissent des compositions d'alliage standard et personnalisées. Certains traitent à façon les déchets et les copeaux pour les transformer en poudre.
Sélection de la poudre de titane
Les considérations clés pour la sélection de la poudre de titane sont les suivantes :
- Composition de l'alliage - équilibre les propriétés souhaitées telles que la résistance, la ductilité et la dureté
- Niveau de pureté - Affecte les propriétés mécaniques et la microstructure
- Taille et forme des particules - Influence l'écoulement de la poudre, la densité, l'état de surface
- Densité apparente et densité apparente - Indique la compressibilité et la réponse au frittage
- Compatibilité chimique - Pour les conditions de service telles que les acides ou l'eau salée
- Procédures d'échantillonnage - Essais représentatifs des lots de poudre
- Certifications de qualité - ISO 9001, AS9100, etc.
- Expertise technique du producteur de poudre
Les échantillons et les prototypes permettent de qualifier de nouveaux alliages et de nouvelles poudres pour une application donnée. Travaillez en étroite collaboration avec des fournisseurs réputés pour obtenir des poudres de titane bien caractérisées afin d'obtenir des résultats optimaux.
FAQ
Quels sont les avantages de la poudre de titane atomisée par plasma ?
L'atomisation par plasma produit des particules très sphériques et fluides d'une taille typique de 10 à 45 microns. Cela permet d'obtenir une densité de frittage et une finition de surface excellentes.
Qu'est-ce qui rend la poudre de titane pyrophorique ?
Les poudres de titane pyrophoriques s'enflamment spontanément dans l'air. Cela est dû à la taille extrêmement petite des particules, inférieure à 10 microns, qui augmente considérablement la surface et la réactivité. Utilisez un gaz inerte pour manipuler les poudres pyrophoriques.
Comment la forme des particules influence-t-elle les propriétés de la poudre de titane ?
La poudre sphérique s'écoule bien et offre une densité et des propriétés mécaniques plus élevées et plus uniformes. La poudre irrégulière offre une meilleure résistance à l'état vert et une meilleure compressibilité, mais un retrait moins prévisible.
Quel post-traitement peut améliorer la réutilisation de la poudre de titane ?
Le criblage, le broyage et les traitements thermiques permettent de réutiliser les poudres non spécifiées. La sphéroïdisation par plasma convertit les copeaux et les particules plus grossières en poudre sphérique.
Quelles sont les normes applicables à la fabrication additive de pièces en titane ?
La norme ASTM F3001-14 couvre la caractérisation et le contrôle de la qualité de la poudre d'alliage de titane pour l'AM. L'ASTM F2924-14 fournit des méthodes de test standard pour l'évaluation des propriétés mécaniques du titane AM.
Peut-on imprimer en 3D une structure composite en titane et en acier ?
Oui, certains procédés d'impression 3D de métaux permettent de passer d'un alliage de titane à un alliage d'acier inoxydable au sein d'une même pièce en changeant précisément de matériau afin de construire des composants bimétalliques.
Conclusion
La poudre de titane offre aux ingénieurs une grande flexibilité pour construire des composants de haute performance grâce aux propriétés uniques du métal. Une sélection minutieuse des caractéristiques de la poudre et une collaboration étroite avec des fournisseurs expérimentés permettent d'obtenir des résultats optimaux dans de nombreuses applications critiques. Des progrès constants continuent d'élargir les capacités, la qualité et la rentabilité des processus de métallurgie des poudres de titane.
