مقدمة مسحوق التيتانيوم الكروي
مسحوق التيتانيوم الكروي هو شكل من أشكال مسحوق التيتانيوم النقي ذو شكل كروي وتوزيع حجم الجسيمات المتحكم فيه. وهي توفر قابلية ممتازة للتدفق والخلط والاتساق مما يجعلها مناسبة لعمليات تصنيع المعادن المتقدمة في مختلف الصناعات.
التكوين والخصائص
الجدول 1: التركيب والخصائص الرئيسية لمسحوق التيتانيوم الكروي وخصائصه الرئيسية
| المعلمة | التفاصيل |
|---|---|
| التركيب الكيميائي | 99% تيتانيوم. العناصر النزرة المتبقية مثل النيتروجين والأكسجين والكربون والهيدروجين. |
| شكل الجسيمات | شكل كروي للغاية |
| نطاق حجم الجسيمات | عادة 15-45 ميكرون 15-45 ميكرون |
| قابلية التدفق | ممتاز بسبب الشكل الكروي |
| الكثافة الظاهرة | حوالي 2.7 جم/سم3 |
| كثافة الحنفية | تصل كثافة التيتانيوم الصلب إلى 73%، أي حوالي 4 جم/سم3 |
يمكن تخصيص التوزيع الدقيق لحجم الجسيمات ومحتوى الأكسجين والنيتروجين ومعدلات التدفق وكثافة الصنبور حسب متطلبات التطبيق.
عملية التصنيع
يُصنع مسحوق التيتانيوم الكروي من خلال طرق متقدمة تتضمن صهر المواد الأولية من التيتانيوم وتذرية القطرات وتصلبها بسرعة إلى جزيئات مسحوق كروية للغاية:
- التذرية بالبلازما تستخدم مشاعل بلازما عالية الطاقة ونفثات غاز خامل
- الانحلال الغازي بالحث الكهربائي (EIGA) تعتمد على أقطاب كهربائية ذائبة بالحثّ الحثي
- عملية القطب الكهربائي الدوار (REP) توليد تيارات معدنية منصهرة من أطراف أقطاب التيتانيوم الدوارة
والمفتاح هو التصلب السريع في جو خامل مما يؤدي إلى النقاء والتشكل الكروي. يؤدي النخل والتصنيف في مرحلة ما بعد الإنتاج إلى الحصول على كسور صارمة.
مسحوق التيتانيوم الكروي التطبيقات والاستخدامات
إن الخصائص الفريدة لمسحوق التيتانيوم الكروي تجعله مناسباً لـ
الجدول 2: التطبيقات الرئيسية لمسحوق التيتانيوم الكروي
| المنطقة | التطبيقات |
|---|---|
| التصنيع الإضافي | غرسات الطباعة ثلاثية الأبعاد، والمكونات الفضائية عن طريق DMLS، وSLM، وEBM |
| تعدين المساحيق | الكبس والتلبيد لصناعة قطع غيار السيارات والطائرات من التيتانيوم |
| الصب الاستثماري | قوالب الحقن وتصنيع الأدوات |
| الطب الحيوي | الهياكل المسامية للطعوم العظمية |
| الأصباغ والمحفزات | الصناعات الكيميائية والبلاستيكية |
تسمح درجة النقاء العالية وقابلية التدفق وقابلية الخلط والاتساق في توزيع حجم الجسيمات باستخدام موثوق به عالي الأداء في عمليات التصنيع القائمة على المسحوق مثل الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد.
المواصفات
يتوافق التيتانيوم الكروي مع مواصفات مثل ASTM B988 و ASTM F3049. والقيم النموذجية هي:
الجدول 3: المواصفات النموذجية لمسحوق التيتانيوم الكروي
| المعلمة | المواصفات |
|---|---|
| حجم الجسيمات | 15-45 ميكرون |
| محتوى الأكسجين | 0.20 في المائة |
| المحتوى النيتروجيني | 0.05% |
| المحتوى الهيدروجيني | <0.015 في المائة |
| كثافة الحنفية | حتى 4 جم/سم3 |
| معدل التدفق | >25 ثانية/50 جم |
| توزيع حجم الجسيمات | D10 >؛ 20 ميكرون؛ D90 &t؛ 63 ميكرون |
يمكن تخصيص الخصائص مثل كثافة الصنبور، ومعدلات التدفق، ومحتوى الأكسجين والنيتروجين بناءً على متطلبات التطبيق.
سعر مسحوق التيتانيوم الكروي
الجدول 4: نطاقات أسعار مسحوق التيتانيوم الكروي للموردين الرئيسيين
| المورد | سعر الكيلوغرام الواحد |
|---|---|
| المساحيق والطلاءات المتقدمة | $100-$200 |
| AP&C | $90-$180 |
| TLS Technik GmbH &؛ Co | $120-$250 |
| ساندفيك أوسبري | $80-$220 |
تعتمد الأسعار على أحجام الطلبات والدرجات واحتياجات التخصيص. تكون الدرجات عالية النقاء للاستخدامات الطبية بأسعار ممتازة. يمكن أن تكون تكلفة المسحوق المعاد تدويره أقل بنسبة 50% ولكن جودته أقل وغير متناسقة.
المقارنة مع البدائل
الجدول 5: إيجابيات مسحوق التيتانيوم الكروي وسلبياته
| الإيجابيات | السلبيات |
|---|---|
| قابلية انسيابية وقابلية انتشار ممتازة | تكلفة أعلى من متغيرات السبائك |
| الخلطات بدون فصل | محدودية الموردين العالميين وندرة العرض |
| يسمح بطباعة أجزاء مطبوعة على شكل صمام مضغوط عالي الكثافة | تفاعلي، يتطلب معالجة خاملة |
| الخصائص المتساوية الخواص | المعالجة اللاحقة مثل HIP أمر لا بد منه |
| أعلى نسبة قوة إلى الوزن | تفتقر إلى خصائص السبائك المتخصصة |
على الرغم من التكاليف المرتفعة، فإن مسحوق التيتانيوم الكروي يتيح مكونات تيتانيوم أخف وزناً وأقوى في مجالات الطيران والسيارات والطب والهندسة العامة –؛ وهي تطبيقات تُعد فيها خصائص مثل مقاومة التآكل والتوافق الحيوي حيوية.
أسئلة وأجوبة
ما هو الدور الذي يلعبه شكل الجسيمات في عمليات تصنيع المعادن المصغّرة؟
يؤدي الشكل الكروي إلى طبقات مسحوق موحدة وكثيفة أثناء طرق التصنيع المضافة مثل SLM وDMLS لتقليل المسامية في أجزاء التيتانيوم المطبوعة. وينتج عن ذلك قوة ميكانيكية أعلى.
كيف يتم تحقيق الكثافة الكاملة لأجزاء التيتانيوم الملبدة؟
تُعدّ المعالجة اللاحقة للضغط المتوازن الساخن (HIP) على مضغوطات التيتانيوم الملبد ضرورية لإزالة المسام والفراغات الداخلية وتحقيق الكثافة النظرية الكاملة. وهذا يزيد من القوة إلى أقصى حد.
هل هناك مخاطر صحية مرتبطة بالتعامل مع مسحوق التيتانيوم؟
مثل معظم مساحيق المعادن الدقيقة، تعتبر احتياطات المناولة ضرورية لأن مسحوق التيتانيوم يمكن أن يكون تفاعلياً أو متفجراً أو يسبب حساسية جلدية/جهاز تنفسي. يوصى باستخدام صناديق قفازات الأرجون ومعدات الحماية.