【本文來自微信公眾號：晨源鈦業】鈦合金具有比（bǐ）強度高，耐蝕性好，高（gāo）溫力學性能優良等特點，可滿足航（háng）空航天高機動（dòng）性、高可靠和長壽命零（líng）部件設計的需要，其應用水平（píng）已經成為衡量航空及航天器選材******程度的重要標誌，同時鈦合金具有良好的生物相容性，彈（dàn）性模（mó）量與人（rén）體骨骼（gé）接近，在醫療領域也是一種（zhǒng）重要應用材料。雖（suī）然鈦具有諸多優良特性，但其加工一直是一項（xiàng）難（nán）題，鈦的低熱傳（chuán）導率、加工硬化（huà）、低彈性模量等因素造成傳統機加工手段製造鈦合金構件難度較大（dà），材料利用率低，周期長，成本高，而等靜壓、注（zhù）射成形、放電等離子（zǐ）燒結等方（fāng）法又（yòu）難以（yǐ）克服氧含量和孔隙率高等（děng）瓶頸問題。
增材製造用鈦合金（jīn）的種類、應用、粉末製備技術，及市場用量情（qíng）況
增材製造作（zuò）為（wéi）近淨成（chéng）形技術的一個新方向，大大減少了工序並縮短了製造周期（qī），非常適用於複雜結構和定製（zhì）化零件製造，而且材料（liào）利用率高，其技術優勢與鈦（tài）的（de）應用領域需求具有天然契合點，同時增材製造能夠規避鈦的（de）加工難題，鈦的不利於傳（chuán）統機加工的諸如低熱傳導率特性反而有利於粉末激光成型，因此自金屬增材製造技術興起之後，鈦合金（jīn）被率先（xiān）投入使用並迅速鋪（pù）開，由此也帶（dài）動了粉末材料的（de）需求。當前全球（qiú）增材製造用鈦（tài）粉年用量（liàng）在1000噸以上，在整個增材製造金屬材料（liào）中仍然占據主要（yào）市場。
2014-2027年鈦（tài）合金3D打印粉末總消耗量（liàng）預（yù）測（來源：SmarTech）增（zēng）材製（zhì）造用鈦合金（jīn）粉末製備（bèi）粉（fěn）末材料作為金屬增材製造的***主要基礎原材料，是增材製造產業鏈中的重要（yào）組成部分。金屬粉末特性（xìng）對增材製造工藝穩定性、成形精密性和產品組（zǔ）織性能有關鍵影響。鈦合金增材製造以鈦合金粉末為原料，粉末粒度分布、純淨度（dù）、空心粉含量、流動性、鬆裝密度等對成（chéng）形件性能（néng）起（qǐ）著至關重要的作用。
不（bú）同增材製造工藝所適用粉末特性有所差異，但基本要求都是成分純淨、粒徑分布窄，流動性好。基於上（shàng）述要求，應用於增材製（zhì）造的金屬粉末多為球形粉末，製備工（gōng）藝也以球形粉末製備（bèi）技術為主。金屬增材製造中常用鋁基、鐵基、銅基等材料大（dà）多采用坩堝熔煉氣體霧化製（zhì）備，但由於鈦具有極強的化學活性，在高溫狀態下和絕大多數的（de）單（dān）質和化合物（wù）發生反應，因此為保證鈦（tài）合金粉（fěn）末的純淨度和低含氧量（liàng）不（bú）宜使用傳統坩堝方式熔煉。當前球形鈦粉製備（bèi）技術集（jí）中（zhōng）於電極感應熔（róng）煉氣體霧化（EIGA）、等離子（zǐ）旋轉電極（PREP）、等離子火炬霧化（PA）和射頻（pín）等離子球化（PS），幾種方法均為無坩堝形式（shì）。
國內外主（zhǔ）要（yào）增材製造鈦粉供（gòng）應（yīng）商多以（yǐ）上述幾種製備技術為基礎，而且不同製（zhì）備（bèi）技（jì）術分別形成了代表性的設備和材料供應商，如德國ALD公司代表了EIGA設（shè）備的（de）*********水平，以PA技術為基礎的AP&C幾乎是（shì）高（gāo）品質球（qiú）形（xíng）鈦粉的代名詞。幾種鈦粉製備方法在粉末特性、設備成本（běn）和生產效率方麵（miàn）各有（yǒu）優劣，但（dàn）不可回避的一個問題就是細粒徑粉末的製備成本。近幾年鋪粉用鈦合金（jīn）粉末市場價格已經大幅降低，但單價仍然明（míng）顯高於其他增材製造粉末，一方（fāng）麵（miàn）是由於鈦本身（shēn）材料價（jià）格高，作為高活性材料處理成本（běn）也高（gāo），另一方麵和當前鈦粉製備技術的（de）細粉收得率和生產（chǎn）效率直接相關。雖然當前粉末成本並不是（shì）金屬增材製造的***主要成本，鈦的主（zhǔ）要應用領域對（duì）價格也並不過分敏感，但在粉末需求不（bú）斷增長的大（dà）背景下，降低（dī）成本是必（bì）然要求，因此開展鈦粉製備技術（shù）開發和工藝優化具有重要（yào）意（yì）義。對球形鈦粉製（zhì）備而言，提高細粉收（shōu）得（dé）率和相對連續工（gōng）藝生產都是製備關鍵技術（shù）。
據3D打印技術（shù）參考了解，有研科技集團下屬北京（jīng）康普錫威科技有限公司（有研增（zēng）材技術有（yǒu）限公司）為解決鈦及鈦合金粉末製備存在的熔煉與霧化（huà）技術問題，將高頻感應熔（róng）煉技術與氣霧（wù）化技術相結合（hé），並采用緊耦合結構的霧化器結構設計製備微細球形鈦及鈦合金粉末，提高了細粉收得率，同時可實現密閉條件（jiàn）下的連續生（shēng）產，進一步降低了（le）鈦合金粉末的生產成（chéng）本。相（xiàng）關成果曾獲中國有色金屬工業科學技術一等獎。
增材製造用鈦合金種類及應用
鈦（tài）合金存在α和β兩種同素異形體，一般在882℃發生（shēng）α?β的轉變。通常來說，根據鈦合金中α相和β相的含量組成可將鈦合金分成α鈦合金、β鈦合金（jīn）、α+β鈦合金三類，我（wǒ）國分別以TA、TB、TC表示。α鈦合金是由α相單項固溶（róng）體（tǐ）組成，組織形態比較（jiào）穩定，始終（zhōng）以α相形式存在，因此具有良好的高溫穩定（dìng）性和可（kě）焊性，但（dàn）是其室溫強度和塑（sù）性較差。β鈦合金晶（jīng）體結構為體心（xīn）立（lì）方（BCC），其變形能力優於密排六方（HCP）結構的α鈦合（hé）金，具（jù）有較好（hǎo）的（de）塑性和室溫強度。α+β鈦合金可（kě）以通過調整合金元素成分調（diào）控α和β的相對含量從而達到提升合金成形性和力學性能，但這都是以犧牲其焊接性能和（hé）抗蠕變性（xìng）能為代價。
增材製造用鈦合金的種（zhǒng）類、應用、粉末製備技術（shù），及市場用量（liàng）情（qíng）況
在增材製造領域中，目前α+β鈦合金應用***多的是TC4，具有良（liáng）好的耐蝕性、焊接性，可通過熱（rè）處理調整組織及性能，在航空航天（tiān）和醫療（liáo）領域廣泛使用，可在350℃以下長期使用；隨著增材製造應用的不斷拓展和（hé）輕量化要求的不（bú）斷提高，越來越多航空（kōng）航天（tiān）零部件希望擁有更高的高溫強度和穩定性部分替代密度較大的高溫合（hé）金（jīn）和不鏽鋼，同時又兼具良（liáng）好可焊（hàn）性（xìng）的需求，α鈦（tài）合金（jīn）無疑是一個很好的選擇，目前應用較為成熟的是TA15合金。TA15合金長時（shí）間（3000h)工作溫度可達500℃，瞬時（不超過5min)可達800℃。450℃下工作時，壽命可達6000h。
常用增材（cái）製造用鈦合金粉末產品表1增材（cái）製（zhì）造（zào）用鈦合金粉末化學成分表圖片
表2增（zēng）材製造用鈦合金粉末特性（來源：康普錫威（wēi））
公司是一家（jiā）集精密機（jī）械零部件加工，北京不鏽鋼零件加工,北京鈦合（hé）金加工（gōng）各（gè）類工裝夾具、治具、非標設備設計製造以及衝壓（yā）模具、注塑模具、橡膠模具加工的專業（yè）廠（chǎng）家，是中國（guó）模具協會會員企業。
產品樣（yàng）例（TA15） ■應用場景 TA15合金是一種高Al當量的近α型鈦合金，具有良（liáng）好的高溫強度、穩定性、耐熱性、耐腐蝕性及焊接性能（néng）等（děng）一係（xì）列優良的綜合性能，用於製（zhì）造飛機的風扇（shàn），壓氣機盤及葉片等工作溫度較高，受力較複雜的重要結構件，是一種重要的飛機和發動機結構用鈦合（hé）金材（cái）料。 ■力（lì）學性（xìng）能： 表3退火（huǒ）態3D打印TA15力學性能（來源：康普（pǔ）錫（xī）威）
鈦（tài）合金在金屬3D打印材料市場中一直處於（yú）領先（xiān）地位（wèi），根據《Market Analysis Report》，其在2019年占全球收入的（de）65.3％，這不（bú）僅取決（jué）於用量，也（yě）取決於價格（gé）。航（háng）空航天業采用3D打（dǎ）印製造鈦合金原型成為促進增長的主要因素，而它在重量、強度和腐蝕性方麵滿足行業要求的能力使其能夠保持可持續性的（de）增長。 得益於應用市場的發力，鈦合金粉末的價格在近年來快速下（xià）降，無論國產還是（shì）進口，價格基本在1300-1800元（yuán）/公斤，並還有進一步下降的趨勢和空間。得（dé）益於（yú）此，鈦合金3D打（dǎ）印的應用（yòng）領域（yù）也逐漸超出航空航天的應用（yòng）範圍，開始向汽（qì）車及大工業領域拓展， 國產鈦合金3D打印粉末市場正在（zài）蓬勃發（fā）展。
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