티타늄 분말 은 높은 중량 대비 강도, 내식성, 생체 적합성과 같은 고유한 특성으로 인해 다양한 용도로 사용되는 잘게 쪼개진 금속성 티타늄 입자입니다. 이 가이드에서는 다양한 유형의 티타늄 분말, 그 구성, 특성, 제조 방법, 용도 및 공급업체에 대한 자세한 개요를 제공합니다.
티타늄 분말 개요
티타늄 분말은 항공우주, 자동차, 화학, 의료, 군사 및 기타 산업 전반의 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있도록 다양한 순도, 입자 크기 및 형태로 제공됩니다.
티타늄 파우더를 유용하게 만드는 주요 기능:
- 높은 중량 대비 강도 비율
- 뛰어난 내식성
- 다른 금속 소재에 비해 밀도가 낮음
- 생체 적합성 및 무독성
- 극한의 온도에 견디는 능력
- 다양한 환경에서 높은 화학적 안정성
- 다양한 제조 및 처리 옵션
기술이 발전함에 따라 입자 특성이 더욱 제어된 티타늄 분말이 응용 분야 수요를 충족하기 위해 생산되고 있습니다.
종류 티타늄 분말
티타늄 분말은 조성, 생산 방법, 입자 형태, 입자 크기 분포 및 기타 매개변수에 따라 분류할 수 있습니다:
티타늄 분말 구성
| 유형 | 순도 | 핵심 요소 |
|---|---|---|
| 상업용 순수 티타늄 | 99.5-99.9% Ti | Fe, C, N, O |
| Ti-6Al-4V 합금 | 90% Ti, 6% Al, 4% V | Al, V |
| Ti-3Al-2.5V 합금 | 97% Ti, 3% Al, 2.5% V | Al, V |
- 상업적으로 순수한 티타늄은 내식성이 더 높습니다. 티타늄 합금은 강도가 더 높습니다.
- 필요한 특성에 따라 몰리브덴, 지르코늄, 주석, 실리콘, 구리, 크롬과 같은 다른 합금 원소도 포함될 수 있습니다.
티타늄 분말 생산 방법
| 방법 | 세부 정보 | 파티클 특성 |
|---|---|---|
| 수화물-수소화물(HDH) | Ti 스펀지는 H2와 반응한 후 분해되었습니다. | 불규칙한 형태, 넓은 크기 분포 |
| 가스 분무 | N2/Ar 제트에 의해 분해된 용융 티타늄 | 구형, 제어된 크기 분포 |
| 플라즈마 분무 | 가스 분무보다 높은 에너지 | 구형의 미세 입자 |
| 전극 유도 용융 가스 분무(EIGA) | 유도 두개골 용해와 가스 분무 결합 | 구형, 산소 함량 조절 |
- 가스 원자화 분말은 적층 제조에 이상적인 구형 입자가 더 많은 반면, HDH 분말은 불규칙합니다.
- 플라즈마 원자화 분말은 15미크론 이하의 미세한 입자를 생산할 수 있습니다.
티타늄 분말 입자 형태
| 유형 | 모양 | 표면 텍스처 |
|---|---|---|
| 불규칙 | 구형이 아닌 임의의 도형 | 거친 표면 |
| 세분화 | 보이는 패싯이 있는 둥근 모양 | 약간의 구덩이로 부드럽게 |
| 구형 | 전체적으로 매우 둥글다 | 매우 부드러움 |
- 입자 모양은 AM 공정에서 분말 흐름, 포장 밀도, 층 균일성에 영향을 미칩니다.
- 더 매끄러운 구형 파우더는 대부분의 금속 적층 제조 시스템에서 더 나은 성능을 제공합니다.
티타늄 분말 입자 크기 분포
레이저 분말 베드 용융(L-PBF) 및 지향성 에너지 증착(DED)과 같은 적층 제조 공정에 적합한 티타늄 분말은 입자 크기 분포가 다양합니다:
- 15-45 미크론
- 45-150 미크론
더 미세한 15-45미크론 분말은 더 높은 해상도를 제공하며, 더 거친 45-150미크론 분말은 포집된 가스를 최소화하고 유동성을 개선합니다.
티타늄 분말의 특성
티타늄 분말의 주요 특성은 다음과 같습니다:
표: 티타늄 분말 특성
| 속성 | 세부 정보 |
|---|---|
| 밀도 | 4.5g/cc |
| 녹는점 | 1668°C |
| 열 전도성 | 낮음, 6.7W/mK |
| 전기 전도성 | 낮음, 0.4 MS/m |
| 화학적 반응성 | 공기 중에 안정적인 산화물 층 형성 |
| 기계적 강도 | 높은 중량 대비 강도 비율 |
| 내식성 | 다양한 산, 염화물, 기타 화학 물질에 대한 내성 강화 |
| 높은 온도에서 | |
| 생체 적합성 | 우수한 무독성, 무알레르기성 |
- 산화물 층은 티타늄을 부식에 강하고 생체 불활성을 제공합니다.
- 티타늄은 베릴륨 다음으로 금속 중 무게 대비 강도가 가장 높습니다.
- 합금은 고온의 기계적 특성을 크게 향상시킵니다.
티타늄 분말 제조 방법
티타늄 분말을 생산하는 데 일반적으로 사용되는 기술은 다음과 같습니다:
표: 티타늄 분말 제조 방법
| 방법 | 작동 원리 | 파티클 특성 |
|---|---|---|
| 수화물-수소화물(HDH) | Ti 스펀지는 H2와 반응하여 부서지기 쉬운 TiH2를 형성하고, 이는 분쇄되어 분말로 분해됩니다. | 불규칙한 모양, 넓은 크기 분포 |
| 가스 분무 | 고속 불활성 가스 제트는 용융된 티타늄 스트림을 분말로 응고되는 물방울로 분해합니다. | 구형 입자, 제어된 크기 분포 |
| 플라즈마 분무 | 가스 분무와 유사하지만 더 높은 에너지의 플라즈마 아크 사용 | 더 미세한 구형 입자, 위성 형성 |
| 전극 유도 가스 분무(EIGA) | 저온 구리 도가니에서의 유도 용해와 가스 분무의 결합 | 더 미세한 입자, 더 낮은 산소 흡수율 |
체질, 탈산소 또는 농축과 같은 추가 단계를 통해 특정 용도에 맞게 분말을 더욱 개선할 수 있습니다.
응용 티타늄 분말
티타늄 분말의 특성을 활용하는 주요 애플리케이션:
표: 티타늄 분말 응용 분야
| 산업 | 애플리케이션 | 혜택 |
|---|---|---|
| 항공우주 | 엔진 부품 단조, 주조, 기체, 터빈 부품의 AM | 높은 중량 대비 강도 비율 |
| 화학 | 열교환기, 탱크, 파이프와 같은 장비 | 내식성 |
| 자동차 | 밸브, 커넥팅 로드, 서스펜션 | 가벼운 무게와 내구성 |
| 바이오메디컬 | 임플란트, 보철, 장치 | 생체 적합성, 골유착성 |
| 군대 | 탄도 장갑판, 차량 | 고강도, 저밀도 |
| 적층 제조 | 항공우주, 자동차용 Ti-6Al-4V 부품의 L-PBF | 복잡하고 가벼운 부품을 경제적으로 생산 |
- 생체 적합성은 최소한의 염증 반응으로 티타늄 임플란트 통합을 가능하게 합니다.
- 복잡한 티타늄 부품을 3D 프린팅할 수 있어 생산 유연성이 확대됩니다.
특히 티타늄 합금 Ti-6Al-4V는 강도, 가공성 및 내식성과 상업적 가용성이 결합되어 항공, 의료용 임플란트 및 금속 적층 제조 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
티타늄 분말 사양
적층 가공 및 기타 응용 분야를 위한 산업용 티타늄 분말은 조성, 입자 크기 분포, 형태, 유동 특성, 불순물 수준 및 기타 매개변수에 대한 사양을 준수해야 합니다.
표: 티타늄 분말 사양
| 매개변수 | 일반 사양 | 테스트 방법 |
|---|---|---|
| 입자 크기 | 15-45 μm; 45-150 μm | 레이저 회절, 체 |
| 파티클 모양 | 화면비 3 미만 | 현미경 |
| 겉보기 밀도 | 2.5g/cc 이상 | 홀 유량계 |
| 탭 밀도 | 최대 4g/cc | ASTM B527 |
| 유량 | 25-35초/50g | 홀 유량계 |
| 산소 함량 | 0.2wt% 미만 | 불활성 가스 융합 |
| 질소 함량 | 0.05 wt% 미만 | 불활성 가스 융합 |
| 수소 함량 | 0.0125 wt% 미만 | 불활성 가스 융합 |
파우더 품질 벤치마크를 충족하면 적층 가공 생산에서 일관성, 신뢰성 및 성능을 보장할 수 있습니다.
티타늄 분말 공급업체
전 세계 주요 티타늄 분말 제조업체 및 공급업체는 다음과 같습니다:
표: 티타늄 분말 공급업체
| 회사 | 파우더 등급 | 생산 방법 |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, Ti-64 ELI, Ti 등급 2 | 플라즈마 분무 |
| TLS 테크닉 | Ti-6Al-4V, Ti 등급 2, Ti 등급 5 | 가스 분무 |
| 프렉스에어(T.I.P.) | CP Ti, Ti-6Al-4V | 여러 |
| SLMP 말로리 | CP Ti, Ti-6Al-4V | HDH, 가스 분무 |
| 목수 첨가제 | Ti-6Al-4V | 가스 분무 |
| 샌드빅 | 다중 Ti 합금 | 플라즈마 분무 |
| LPW 기술 | CP Ti, Ti 합금 | 플라즈마 분무 |
가격은 불규칙한 분말의 경우 $50/kg부터 항공우주 부품과 같은 까다로운 응용 분야에 사용되는 고구형 플라즈마 분무 재료의 경우 $1000/kg 이상까지 다양합니다.
티타늄 분말 비교
표: 티타늄 분말 유형 비교
| 매개변수 | HDH 파우더 | 가스 분무 | 플라즈마 원자화 |
|---|---|---|---|
| 파티클 모양 | 불규칙 | 둥근 | 고도로 구형 |
| 크기 범위(μm) | 50-250 | 15-150 | 5-45 |
| 생산 비용 | 낮음 | 보통 | 높음 |
| 산소 함량 | 더 높음 | Lower | 최저 |
| 용도 | 누르고 소결 | 금속 사출 성형, 열간 등방성 프레스 | 오전(DED, L-PBF) |
HDH 분말은 가격은 저렴하지만 입자가 불규칙하여 프레스 및 소결 기술에는 사용이 제한되는 반면, 플라즈마 분무 분말은 높은 가격에도 불구하고 까다로운 적층 제조에 적합한 우수한 유동 및 용융 특성을 제공합니다. 가스 분무 분말은 대부분의 응용 분야에서 균형이 잘 맞습니다.
의 장점과 한계 티타늄 분말
표: 티타늄 분말의 장점과 한계
| 장점 | 제한 사항 |
|---|---|
| 높은 중량 대비 강도 비율 | 강철에 비해 비싼 가격 |
| 고온에서 물성 유지 | 제어된 대기 처리 필요 |
| 다양한 화학 물질에 대한 내성 | 낮은 열전도율 |
| 완전 재활용 가능 | 산소 흡착과 같은 오염에 취약함 |
| 비자성 및 비스파크성 | 특정 합금 형태의 경우 가공이 어려움 |
| 복잡한 모양으로 쉽게 제작 가능 | 특히 고급 분말의 경우 제한된 공급업체 기반 |
티타늄은 높은 비용과 재사용 또는 재활용 시 오염에 대한 민감성 등의 단점에도 불구하고 특수한 용도에 적합하다는 장점이 있습니다.
자주 묻는 질문
1. 의료용 또는 항공우주용 티타늄 분말에 고순도가 중요한 이유는 무엇인가요?
고순도는 생물학적 부작용을 최소화하고 수십 년에 이르는 제품 수명 동안 까다로운 서비스 조건에서도 안정적인 성능을 보장합니다. 미량 원소는 기계적 특성이나 내식성에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
2. AM용 구상 티타늄 분말의 장점은 무엇인가요?
표면 질감이 매끄러운 구형 파우더는 레이저 또는 전자빔 용융 공정에서 뛰어난 유동성, 확산성, 패킹 밀도 및 레이어 균일성을 제공하여 고품질 3D 프린팅 부품을 제작할 수 있습니다.
3. 어떤 티타늄 분말 생산 방법이 가장 미세한 입자 크기를 생성하나요?
티타늄의 플라즈마 원자화는 더 높은 에너지 투입으로 인해 5~15미크론 범위의 극미세 입자를 생산할 수 있어 매우 높은 해상도의 적층 가공이 가능합니다. 하지만 생산성은 가스 원자화보다 낮습니다.
4. 가스 분무가 가장 인기 있는 티타늄 분말 제조 방법인 이유는 무엇인가요?
가스 분무 분말은 합리적인 비용으로 생산 과정에서 입자 크기 분포, 구형 형태, 벌크 밀도 및 적당한 산소 포집의 균형이 잘 잡혀 있습니다. 따라서 프레스, AM, 용사 또는 기타 분말 야금 기술에 대한 사양을 유연하게 충족할 수 있습니다.
5. 플라즈마 분무 티타늄 분말에서 '위성 입자'란 무엇을 의미하나요?
새틀라이트는 빠른 응고 과정에서 더 거친 입자의 표면에 달라붙는 매우 작은 크기의 입자를 말합니다. 이러한 새틀라이트는 층에 갇혀 응고와 밀도에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
요약
고강도, 저밀도, 내열성, 내식성 및 생체 적합성을 갖춘 티타늄 분말은 항공우주, 의료, 자동차, 화학 및 군사 부문의 중요한 응용 분야에 사용됩니다.
최신 가스, 플라즈마 및 유도 용융 분무 방법은 맞춤형 입자 특성을 가진 티타늄 분말을 생산하여 분말 베드 AM 공정은 물론 금속 사출 성형, 프레스 및 소결, 용사 등의 성능을 극대화할 수 있습니다.
선도적인 티타늄 분말 생산업체는 크기 분포, 모양 및 순도에 대한 주요 벤치마크를 충족하는 Ti-6Al-4V와 같은 주력 합금과 함께 상업적으로 순수한 티타늄을 포함한 다양한 등급을 제공합니다.
티타늄 분말은 강철에 비해 비용이 높지만 성능, 수명, 신뢰성이 중요한 미션 크리티컬 회전 부품, 갑옷 보호 시스템, 생체 의학 임플란트 및 3D 프린팅 부품에 사용하기에 적합한 기계적 및 화학적 특성을 갖추고 있습니다.
분말 제조, 후처리, 합금 개발 및 인증에 중점을 둔 지속적인 R&D는 티타늄의 기능이 차세대 운송 및 건강 기술을 가능하게 하는 항공우주, 방위, 모터스포츠 및 의료 분야 전반에 걸쳐 채택을 확대하는 것을 목표로 합니다.
