개요
티타늄 금속 분말 은 다양한 제조 분야에 사용되는 미세한 입자 형태의 티타늄 금속입니다. 티타늄은 중량 대비 강도, 내식성, 생체 적합성이 뛰어나 항공우주 부품, 의료용 임플란트, 스포츠 장비, 자동차 부품 등에 사용하기에 적합합니다.
티타늄 분말은 용융 티타늄의 원자화, 티타늄 화합물의 전기분해, 티타늄 광석의 직접 환원 등 다양한 방법을 통해 생산할 수 있습니다. 분말의 특성과 성능은 생산 기술과 후처리 처리에 따라 달라집니다. 티타늄 분말의 품질과 유용성을 정의하는 중요한 특성에는 입자 크기 분포, 형태, 분말 유동성, 겉보기 밀도 및 불순물 수준이 포함됩니다.
종류 티타늄 금속 분말
| 유형 | 생산 방법 | 입자 크기 | 형태학 | 겉보기 밀도 | 유동성 | 애플리케이션 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 원자화 | 용융 티타늄의 가스 또는 플라즈마 분무화 | 10 - 250 μm | 구형, 세분화 | 2.2 - 3.8g/cc | 양호 | 적층 제조, MIM |
| 수화물-수소화물(HDH) | 티타늄 스크랩의 수소화 및 탈수소화 | <250 μm | 불규칙하고 스펀지 같은 | 1 - 2.5g/cc | Poor | 금속 사출 성형 |
| 회전 전극 공정 | 티타늄 화합물의 전기 분해 | 5 - 150 μm | 수지상 | 2 - 3g/cc | 공정 | 적층 제조 |
| 알루미늄 열 감소 | 알루미늄으로 화학 물질 감소 | 50 - 500 μm | 불규칙, 다공성 | 1.5 - 3g/cc | 공정 | 내화성 금속화 |
원자화된 티타늄 분말 는 구형이며 흐름 및 패킹 특성이 우수합니다. 까다로운 적층 제조 및 금속 사출 성형 분야에 적합합니다.
하이드라이드-탈수화물 분말 은 분무 분말에 비해 밀도가 낮고 흐름이 좋지 않습니다. 비용이 저렴하기 때문에 주로 금속 사출 성형에 사용됩니다.
회전 전극 공정 분말 는 독특한 수지상 입자로 높은 소결 밀도를 제공합니다. 전자빔 용융과 같은 적층 제조 방식에 사용됩니다.
티타늄 금속 분말의 구성
티타늄 금속 분말은 ASTM 표준에 따라 산소 및 철분 함량에 따라 크게 네 가지 등급으로 분류됩니다:
| 등급 | 산소 (wt%) | 철 (wt%) | 기타 요소 |
|---|---|---|---|
| 1등급 | 0.18 | 0.20 | N, C, H |
| 2등급 | 0.25 | 0.30 | N, C, H |
| 3등급 | 0.35 | 0.30 | N, C, H |
| 4학년 | 0.40 | 0.50 | N, C, H |
티타늄 분말의 주요 합금 원소는 다음과 같습니다:
- 알루미늄(Al) - 강도 및 열처리성 향상
- 바나듐(V) - 강도 및 연성 증가
- 주석(Sn) - 크리프 저항성 향상
- 지르코늄(Zr) - 곡물을 정제합니다.
질소, 탄소, 수소, 철과 같은 미량 원소도 기계적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 최적의 성능을 달성하려면 화학 성분을 엄격하게 관리해야 합니다.
티타늄 금속 분말의 특성
| 속성 | 가치 | 중요성 |
|---|---|---|
| 밀도 | 4.5g/cm3 | 강철 및 니켈 합금보다 낮음 |
| 녹는점 | 1660°C | 고온에서 강도 유지 |
| 힘 | 900 - 1200 MPa | 알루미늄보다 강함 |
| 탄성 계수 | 100 - 120 GPa | 강철보다 낮은 계수 |
| 신장 | 15 – 25% | 우수한 연성 |
| 내식성 | 우수 | 보호 산화물 층으로 인해 |
| 생체 적합성 | 우수 | 의료용 임플란트에 적합 |
| 열 전도성 | 7 - 16 W/m.K | 알루미늄 및 강철보다 낮음 |
완성된 티타늄 부품의 특성은 분말 특성과 부품 제조 방식에 따라 달라집니다. 다공성, 표면 마감, 열처리 등이 큰 영향을 미칩니다.
티타늄 금속의 주요 장점으로는 높은 비강도, 내식성, 피로 수명, 생체 적합성 등이 있습니다. 하지만 고온에서 반응성이 높아 분말 취급 및 가공을 위해 불활성 대기가 필요하다는 한계가 있습니다. 또한 티타늄 합금은 열전도율이 낮아 가공 시 국부적으로 열이 발생하기 때문에 다른 금속에 비해 가공하기가 더 어려울 수 있습니다.
응용 티타늄 금속 분말
| 애플리케이션 | 예제 | 필수 파우더 특성 |
|---|---|---|
| 적층 제조 | 항공우주 부품, 정형외과용 임플란트 | 구형 형태, 100μm 미만의 제어된 입자 크기 분포, 고순도 |
| 금속 사출 성형 | 치과용 임플란트, 패스너 | 바인더 혼합에 적합한 25μm 이하의 불규칙한 분말 |
| 내화성 금속화 | 금속 기판의 티타늄 코팅 | 5μm~500μm의 다양한 파우더 크기 제공 |
| 분말 야금 | 커넥팅 로드, 드라이브 샤프트 | 산소 및 질소 함량에 대한 엄격한 제어, 우수한 압축성 및 소결성 |
| 용사 코팅 | 해양 분야용 보호 코팅 | 입자 크기 분포가 최적화된 특수 플라즈마 스프레이 등급 분말 |
| 불꽃놀이 | 조명탄, 폭발물 | 금속 연료 배합에 적합한 150μm 이상의 거친 분말 |
적층 제조에는 우수한 해상도와 기계적 특성을 얻기 위해 100미크론 미만의 미세 분말이 선호됩니다. 프레스 및 소결 응용 분야에서는 구형 형태가 최적의 밀도를 제공하는 반면, 금속 사출 성형 공급원료에는 불규칙한 입자가 선호됩니다.
티타늄 금속 분말 사양
다양한 티타늄 분말 등급에 대한 ASTM 표준:
| 표준 | 설명 | 적용되는 성적 |
|---|---|---|
| ASTM B849 | MIM용 사전 합금 티타늄 분말 표준 | 1~4학년 |
| ASTM B981 | 열 용사 코팅용 티타늄 합금 표준 | 1, 2학년 |
| ASTM B983 | MIM용 수산화티타늄-탈수산화티타늄 분말의 표준 규격 | 1~4학년 |
기타 티타늄 파우더 사양:
| 매개변수 | 일반적인 값 | 테스트 방법 |
|---|---|---|
| 입자 크기 분포 | 10μm ~ 150μm | 레이저 회절, 체 분석 |
| 겉보기 밀도 | 1~4g/cc | 홀 유량계, 스콧 체적계 |
| 탭 밀도 | 70~80%의 실제 고체 밀도 | ASTM B527 |
| 분말 형태 | 구형, 과립형, 스펀지형, 수지상형 | SEM, 광학 현미경 |
| 유량 | 25~35초/50g | 홀 유량계 |
| 점화 시 손실 | 0.1 ~ 2 wt% | ASTM E1019 |
| 잔여 수소 | 100~500ppm | LECO 불활성 가스 융합 |
다음 공급업체 티타늄 금속 분말
| 공급업체 | 생산 방법 | 파우더 등급 | 입자 크기 |
|---|---|---|---|
| AP&C | 플라즈마 분무 | 1, 2, 5학년 | 10~45μm |
| TLS 테크닉 | 가스 분무 | 23학년 | 45~150μm |
| AMETEK | 회전 전극 | 2등급 | 5~63μm |
| Puris | 수화물-수소화물 | 2등급 | 최대 150μm |
티타늄 금속 분말의 표시 가격입니다:
| 등급 | 가격($/kg) |
|---|---|
| 1등급 | 50 ~ 150 |
| 2등급 | 40 ~ 100 |
| 5학년 | 250 ~ 500 |
100kg 이상 대량 주문 시 대량 할인이 적용될 수 있습니다. 실제 가격은 수량, 품질 요구 사항, 리드 타임 등에 따라 달라집니다.
티타늄 분말 생산 방법 비교
| 매개변수 | 가스 분무 | 플라즈마 원자화 | HDH 프로세스 | 회전 전극 |
|---|---|---|---|---|
| 형태학 | 세분화된 구형 | 고도로 구형 | 스펀지, 불규칙 | 수지상 |
| 산소 픽업 | 보통 | 낮음 | 높음 | 낮음 |
| 처리량 | 보통 | 낮음 | 높음 | 보통 |
| 비용 | 보통 | 높음 | 낮음 | 보통 |
| 일반적인 애플리케이션 | AM, MIM | AM, 항공우주 | MIM | AM |
품질과 경제성 사이에서 최상의 균형을 제공하는 단일 생산 방식은 없습니다. 대부분의 제조업체는 한 가지 기술을 전문으로 하며 다양한 용도에 맞는 다양한 등급을 제공합니다. 까다로운 응용 분야에서는 분말 품질과 반복성이 중요하지만, 대량 생산 제품에서는 비용이 더 큰 결정 요인입니다.
자주 묻는 질문
Q: 티타늄 1, 2, 3, 4 등급 파우더의 차이점은 무엇인가요?
A: 허용되는 산소 및 철분 함량에 따라 등급이 달라집니다. 1등급은 산소 함량이 가장 낮은 반면 4등급은 불순물 함량이 더 높습니다. 등급이 낮을수록 기계적 특성이 우수하고 등급이 높을수록 비용이 절감됩니다.
Q: 적층 제조에 필요한 티타늄 분말의 입자 크기는 무엇인가요?
A: 대부분의 적층 제조 공정에서 최적의 입자 크기 범위는 10~45미크론입니다. 100카피 미크론 이하의 미세한 파우더는 우수한 해상도와 기계적 특성을 제공합니다. 하지만 10㎛ 이하의 극미세 입자는 레이어링 중에 고르게 퍼지기 어려울 수 있습니다. 또한 응집 문제가 발생하기 쉽습니다.
Q: 티타늄 파우더는 위험한가요?
A: 티타늄 분말은 특정 조건에서 발화하여 폭발 위험을 일으킬 수 있습니다. 미세 티타늄 분말, 특히 수 소화물 분말은 가연성이 매우 높습니다. 티타늄 분말을 취급할 때는 아르곤이나 질소를 사용하는 불활성 가스 환경이 필요합니다. 보관 용기는 적절한 접지를 해야 합니다. 작업자는 티타늄 분말을 취급할 때 분진 흡입 및 피부 접촉에 대한 예방 조치를 취해야 합니다.
Q: 티타늄 분말은 어떻게 생산되나요?
A: 네 가지 주요 제작 방법이 있습니다:
- 가스 분무: 용융 티타늄 스트림이 물방울로 분해되어 분말로 응고됩니다.
- 플라즈마 원자화: 플라즈마에서 나오는 매우 높은 열로 티타늄을 빠르게 녹이고 응고시킵니다.
- HDH 프로세스: 티타늄 스크랩은 흡수와 탈착의 수소 사이클을 사용하여 처리됩니다.
- 회전하는 전극: 티타늄 막대의 양극 용해는 전해 반응을 통해 분말을 형성합니다.
각 공정은 다양한 용도에 적합한 서로 다른 특성을 가진 파우더를 만들어냅니다.
질문: 티타늄 파우더의 가격은 얼마인가요?
A: 티타늄 분말은 등급, 품질, 주문량 등에 따라 kg당 $40에서 $500까지 다양합니다. 구형 1, 2등급 분말은 소량의 경우 $100/kg 정도로 적당히 책정됩니다. 항공우주에 사용되는 특수 합금은 최대 $500/kg까지 가격이 책정될 수 있습니다. 수화물-탈수화물 및 그 이상의 4등급 분말은 업계 구매자에게는 $50/kg에 가까운 저렴한 옵션입니다.
