개요
구형 티타늄 분말 은 구형 형태를 갖도록 가공된 티타늄 금속 분말의 한 형태입니다. 높은 구형도, 매끄러운 표면, 제어된 입자 크기 분포, 우수한 유동성이 특징입니다.
구형 티타늄 분말의 주요 특성 및 세부 사항은 다음과 같습니다:
유형
- 순수 티타늄 분말
- 티타늄 합금 분말(Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb 등)
생산 방법
- 가스 분무
- 플라즈마 회전 전극 공정(PREP)
- 전극 유도 용융 가스 분무(EIGA)
입자 크기 범위
- 15-45 미크론
- 45-100 미크론
- 106-250 미크론
일반적인 용도
- 3D 프린팅 파우더
- 금속 사출 성형
- 열 스프레이
- 티타늄 부품 생산
주요 특징
- 높은 구형도(>90%)
- 제어된 입자 크기 분포
- 우수한 유동성
- 고순도
- 불규칙한 분말에 비해 낮은 표면적
종류 구형 티타늄 분말
구형 티타늄 분말에는 구성에 따라 두 가지 주요 범주가 있습니다:
표 1: 구형 티타늄 분말의 종류
| 유형 | 설명 |
|---|---|
| 순수 티타늄 | 산소 및 철분 함량이 낮은 99.5% 티타늄 |
| 티타늄 합금 | 티타늄과 알루미늄 + 바나듐, 니오븀 등이 결합된 소재입니다. |
순수 티타늄 분말
순수 구형 티타늄 분말은 산소와 철의 함량이 최대로 제한되어 있는 99.5% 이상의 티타늄을 함유하고 있습니다. 티타늄 합금에 비해 티타늄 함량이 가장 높습니다.
일반적인 구성입니다:
- 티타늄: 최소 99.5%
- 산소: 최대 2000ppm
- 철분: 최대 3000ppm
고강도, 저밀도, 내식성 등 순수 티타늄 금속에 가까운 특성을 제공합니다. 높은 화학적 순도가 필요할 때 사용됩니다.
티타늄 합금 분말
가장 일반적인 티타늄 합금 분말은 알루미늄과 바나듐 또는 니오븀이 첨가된 Ti-6Al-4V 및 Ti-6Al-7Nb입니다. 몰리브덴, 지르코늄, 주석과 같은 원소를 첨가한 다른 합금도 생산됩니다.
합금의 장점:
- 힘 증가
- 더 높은 온도 성능
- 향상된 내식성
합금 분말은 순수 티타늄 분말을 넘어 적용 범위를 확장합니다.
구형 분말의 생산 방법
입자 크기가 제어된 구형 티타늄 분말을 만들기 위해 다양한 가스 분무 기술이 상업적으로 사용됩니다:
표 2: 구형 티타늄 분말 생산 공정
| 방법 | 원칙 | 입자 크기* |
|---|---|---|
| 가스 분무 | 가스 제트에 의한 용융 흐름 분해 | 15-106 μm |
| 플라즈마 회전 전극(PREP) | 용융 금속의 원심분리 분해 | 15-45 μm |
| 전극 유도 가스 분무(EIGA) | 유도 용융 + 가스 분무 | 15~250μm |
생성되는 일반적인 크기 범위
가스 분무는 아르곤이나 질소와 같은 고속 불활성 가스 제트를 사용하여 용융된 티타늄 금속 흐름을 미세한 방울로 분해하여 분말로 고형화합니다. 이렇게 하면 표면 장력 효과로 인해 표면이 매끄러운 구형 입자가 생성됩니다.
PREP 및 EIGA는 향상된 제어, 좁은 크기 분포 및 모양 최적화를 제공하는 변형입니다.
사양
구형 티타늄 분말 는 입자 지름에 따라 분류된 다양한 크기의 컷으로 제공됩니다. 일반적인 메시 기반 크기 범위는 다음과 같습니다:
표 3: 입자 크기 사양
| 크기 분류 | 메시 범위 | 입자 지름 |
|---|---|---|
| Small | -325 메쉬 | <45 μm |
| Medium | 140-325 메시 | 45-100 μm |
| 크기가 큰 | 메시 +100 | >106 μm |
파우더를 지정하는 데 사용되는 기타 파라미터입니다:
- 구형성: >90%는 파티클이 얼마나 구형인지 나타냅니다.
- 탭 밀도: 2.2-3.5g/cm3는 포장 밀도를 나타냅니다.
- 하우스너 비율: <1.25 미만은 유동성을 나타냅니다.
- 겉보기 밀도: 구성에 따른 범위
- 유량: 깔때기를 통한 질량 유량 측정
분말을 지정하는 데 사용되는 표준에는 ASTM B819, ASTM F3049, EN 10204/3.1이 있습니다.
응용 구형 티타늄 분말
제어된 입자 크기 분포와 구형 형태는 티타늄 분말의 용도를 확장하는 특정 이점을 제공합니다:
표 4: 구형 티타늄 분말의 일반적인 응용 분야
| Area | 혜택 |
|---|---|
| 3D 프린팅 | 적층 가공을 위한 뛰어난 유동성, 포장 밀도 |
| 금속 사출 성형 | 복잡한 그물 모양의 부품 제작 가능 |
| 열 분무 | 코팅 밀도 및 증착 효율 향상 |
| 분말 야금 | 패스너, 기어와 같은 티타늄 부품의 제조를 용이하게 합니다. |
| 바이오메디컬 | 임플란트 표면 코팅의 특성 향상 |
| 항공우주 | 열간 등방성 프레스를 통해 제트 엔진 부품을 수리하는 데 사용됩니다. |
구형 파우더의 가장 큰 장점은 불규칙한 파우더보다 자동화된 재료 취급이 용이하다는 점입니다. 이를 통해 티타늄 부품을 그물 모양에 가깝게 제작할 수 있습니다.
공급업체 및 가격
구형 티타늄 금속 분말은 다양한 주요 제조업체에서 판매합니다:
표 5: 주요 구형 티타늄 분말 공급업체
| 회사 | 생산 방법 |
|---|---|
| AP&C | 가스 분무 |
| 카펜터 기술 | 전극 유도 용융 |
| 샌드빅 | 플라즈마 분무 |
| TLS 테크닉 | 가스 분무 |
| Tekna | 플라즈마 유도 |
가격 견적:
- 순수 티타늄: kg당 $50-100
- 티타늄 합금: kg당 $70-150
가격은 주문 수량, 파우더 등급, 입자 크기 범위, 시장 수요 및 공급 경제성에 따라 달라집니다.
구형 티타늄 분말의 장단점
표 6: 장점과 단점 비교
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 자동화를 위한 뛰어난 유동성 | 다른 양식보다 높은 비용 |
| 높은 포장 밀도 | 제한된 초대형 사이즈 제공 |
| 제어된 입자 크기 분포 | 제어된 불활성 대기가 필요합니다. |
| 그물 모양에 가까운 제작 기능 | 고온에서 반응성 |
| 다른 파우더와 잘 섞임 | 먼지 폭발 위험은 반드시 관리해야 합니다. |
| 벌크에 가까운 머티리얼 특성 구현 |
동안 구형 티타늄 분말 는 공정 유연성을 높일 수 있지만, 발화나 폭발에 대한 취급 주의가 필요합니다. 스펀지 벌금과 같은 다른 형태보다 비용이 더 많이 듭니다.
자주 묻는 질문
구형 티타늄 분말의 일반적인 순도 수준은 얼마인가요?
순수 티타늄 분말의 경우 순도 수준은 ASTM 표준에 따른 최소 티타늄 함량 99.5%입니다. Ti-6Al-4V와 같은 합금의 경우 티타늄 함량은 90% 이상이며 다른 원소의 경우 특정 범위가 있습니다.
적층 가공에 가장 적합한 크기 범위는 어느 정도인가요?
대부분의 티타늄 분말 베드 용융 공정에서 이상적인 입자 크기 범위는 45-100미크론입니다. 크기가 작을수록 흐름이 원활하지 않고 크기가 클수록 해상도에 영향을 미칩니다. ASTM F3049와 같은 표준에서 사양을 제공합니다.
구형 모양이 인쇄된 부품의 속성에 영향을 주나요?
예, 구형 파티클을 사용하면 파티클 간 결합이 개선되어 기계적 특성이 향상되고 고밀도 프린트가 가능합니다. 부품은 벌크 티타늄에 가까운 특성을 얻을 수 있습니다.
구형 티타늄 분말의 일반적인 생산 능력은 얼마인가요?
구형 티타늄 분말의 주요 제조업체는 현재 연간 수백 톤에서 연간 2,000톤 이상의 생산 능력을 보유하고 있습니다. 금속 적층 제조의 성장에 따라 생산 능력은 크게 확대될 것으로 예상됩니다.
구형 티타늄 분말의 가격은 어떻게 결정되나요?
가격은 분말 구성, 입자 크기 범위, 생산 방법, 주문량 및 시장 상황에 따라 달라집니다. 작은 크기(45μm 미만)는 처리 난이도와 수요가 많기 때문에 일반적으로 큰 크기보다 20~30% 더 높은 가격이 책정됩니다.
결론
구형 티타늄 분말은 자동화된 분말 가공에서 유동성, 포장 밀도 및 반복성 측면에서 다른 형태의 티타늄 분말에 비해 뚜렷한 이점이 있습니다. 이를 통해 우수한 특성을 지닌 그물 모양에 가까운 부품을 제작할 수 있습니다.
다양한 가스 분무 기술을 통해 분말 베드 융합 기술에 의존하는 금속 3D 프린팅과 같은 제조 방법을 위한 티타늄 합금 및 입자 크기 분포를 맞춤 생산할 수 있습니다.
높은 가격에도 불구하고 구형 구조의 장점으로 인해 산업 전반에서 기존 가공을 넘어 티타늄 금속의 응용 분야를 확대하기 위해 채택이 증가하고 있습니다. 크기 분포와 합금 구성을 개선하여 물성을 더욱 향상시키는 발전이 계속되고 있습니다.
