【本文來自微信公（gōng）眾號：晨源鈦業（yè）】鈦合金具有比（bǐ）強度高，耐蝕性好，高溫力學性能優良等特點，可滿（mǎn）足航空航天高機動性、高可（kě）靠和（hé）長壽（shòu）命零部件設計的需要，其應用水平（píng）已（yǐ）經成為衡（héng）量航空及航天器選材******程度的重要標（biāo）誌，同時鈦合金具（jù）有良好的生物相容性，彈性模量與人體骨骼接近，在醫療領域也（yě）是一（yī）種重要應用材料。雖然鈦具有諸多優良特性，但（dàn）其加工一直是（shì）一項難題，鈦的低熱傳導率、加（jiā）工硬化、低彈（dàn）性模量等（děng）因素（sù）造成傳統（tǒng）機加工手段製造鈦合金構件難度較大，材料利用率低，周期長，成本高，而等靜壓、注射成形、放電等離（lí）子燒（shāo）結等方法又難以克（kè）服氧含量和孔隙率高等瓶頸問（wèn）題。
增材製造用鈦合金的種類、應用（yòng）、粉末製備技術，及市場用量情況
增材製造作為近淨成形技術（shù）的一（yī）個新方向，大（dà）大減少了工（gōng）序並縮（suō）短了製造周期，非常適用於複雜結構和定製化零件製造，而且材料（liào）利用（yòng）率高（gāo），其技（jì）術優（yōu）勢與鈦的應用領（lǐng）域需求具有天然契合（hé）點，同時增材製造能夠規避鈦的加工難題，鈦的不利於（yú）傳（chuán）統機加工（gōng）的諸如低熱傳（chuán）導（dǎo）率特性反而有（yǒu）利於粉末激光成型，因（yīn）此自金屬增材製造技術興起之（zhī）後，鈦合金（jīn）被率先投入使用並迅速鋪開，由此也帶動了粉末（mò）材料（liào）的需求。當前全球增材製（zhì）造用鈦粉年用量（liàng）在1000噸以上，在（zài）整個（gè）增材（cái）製造金屬（shǔ）材料中仍然占據主要市場。
2014-2027年鈦合金3D打印粉末總消耗量預測（來源：SmarTech）增材製造用鈦合金粉末（mò）製備粉末材料作為金屬增材（cái）製造的***主要基礎原材料，是增材製造產（chǎn）業鏈中的重要組成部分。金屬粉末特性對增材（cái）製造工藝穩定（dìng）性、成形（xíng）精密性和產品組織性能有（yǒu）關鍵（jiàn）影響。鈦合金增材製造以鈦合金粉（fěn）末為原料，粉末粒度分布、純（chún）淨度（dù）、空心粉含量、流（liú）動性、鬆裝密度等對成形件性能起著至關重要的作用。
不同增材製造（zào）工藝所適用粉末特性有（yǒu）所差異，但基本要求都是成分純淨、粒徑分布窄，流動（dòng）性好。基於（yú）上述（shù）要求，應用（yòng）於增材製造的金屬粉末多（duō）為（wéi）球形粉末，製（zhì）備工藝也以球形粉末（mò）製（zhì）備技術為主。金屬增材製造中常用鋁基、鐵基、銅基等材料（liào）大多采用（yòng）坩（gān）堝熔煉氣（qì）體（tǐ）霧化製備，但由（yóu）於鈦具有極強的（de）化學活性，在高溫（wēn）狀態下和絕大多數的單質和化合物發生反應，因此為保證鈦合金粉末的純淨度和低含氧量（liàng）不宜使用傳統坩堝（guō）方式（shì）熔（róng）煉。當前球形鈦（tài）粉製（zhì）備技術集中於電極感應熔煉氣體霧化（EIGA）、等離子（zǐ）旋轉（zhuǎn）電極（PREP）、等離子火炬霧（wù）化（PA）和射頻等離子球（qiú）化（PS），幾種方法均為無（wú）坩堝形式。
國內外主要增材製造鈦粉供應商（shāng）多以上述幾種製備技術為基（jī）礎，而且不同製（zhì）備技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設備的*********水平，以PA技術為基礎（chǔ）的AP&C幾乎是高（gāo）品質球（qiú）形鈦粉的代名詞。幾種鈦粉製備方法在粉末特（tè）性、設備（bèi）成本和生產效率方麵各有優劣，但不可回避的（de）一個問題就是細粒徑粉末的製備成本。近幾年鋪粉用鈦合（hé）金粉末市場價（jià）格已經大幅降低（dī），但單（dān）價仍然明顯高於其他增材製造粉末，一方麵是由於（yú）鈦本身材料價格高，作為高（gāo）活性材料處（chù）理成本也高，另一方麵和（hé）當前鈦粉製備技術的細粉收得率和生產效率直（zhí）接（jiē）相關。雖然當前粉末成本並（bìng）不（bú）是金屬增材製造的***主要成本，鈦的主（zhǔ）要應用領（lǐng）域對（duì）價格也並不過分敏感，但在粉末需求不斷增（zēng）長的大背（bèi）景下，降低成（chéng）本是必然要求，因此開展鈦粉製備技術開發和工藝優化具有重要意義。對球形鈦粉製備（bèi）而（ér）言（yán），提高細粉收得率和相對連續工藝（yì）生產都是製備關鍵技術。
據3D打印技術（shù）參（cān）考（kǎo）了解，有研科技集團（tuán）下屬北京康（kāng）普錫威科技有限公司（有研增材技術有限公司）為解決鈦及鈦合金粉（fěn）末製備存在（zài）的（de）熔煉與霧化技術問（wèn）題（tí），將高頻感應熔煉技術與氣霧化技（jì）術相結合（hé），並（bìng）采用緊耦合（hé）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（dé）率，同時（shí）可實現密閉條件下的連續生產，進一步降低了鈦合金粉末的生（shēng）產成本。相（xiàng）關成果曾獲中國有（yǒu）色金屬工業科學技術一等獎（jiǎng）。
增材製（zhì）造用鈦合金種類及應用
鈦合（hé）金存在（zài）α和β兩種同素異形體，一般在882℃發生α?β的轉變。通常來（lái）說，根據鈦合金中α相和β相的含量組成可（kě）將鈦合金分成α鈦合金、β鈦合金、α+β鈦合金三類，我國分（fèn）別（bié）以TA、TB、TC表示。α鈦合金是由α相（xiàng）單（dān）項固溶體組成，組織形態比較穩定，始終以α相形（xíng）式存在，因此具有良好的（de）高溫穩定（dìng）性和可焊性，但（dàn）是其室（shì）溫強（qiáng）度和塑性較差。β鈦合金晶體（tǐ）結構為體心立方（BCC），其變形能力優於密排六方（HCP）結構的α鈦合金，具有較好的塑性和室溫強度。α+β鈦合金可以（yǐ）通過調整合（hé）金（jīn）元素成分調（diào）控α和β的相對含量從而達到提（tí）升合金成形性和力學性能，但這都是以犧牲其焊接性能和抗蠕（rú）變性能為代價（jià）。
增（zēng）材製造（zào）用鈦（tài）合金的種類、應用、粉末製備技術，及市場用量情況
在增（zēng）材製造領域中，目（mù）前α+β鈦合金應用***多的是TC4，具有良好的耐蝕性、焊接性，可通過熱處理調整組織（zhī）及性能，在航空航天和醫療領域廣泛使用，可在（zài）350℃以（yǐ）下長期使用；隨（suí）著增材製造應用的不斷拓展和輕量化要求的不（bú）斷（duàn）提高（gāo），越來越多航空航天零部件希（xī）望擁有更高的高溫強度和穩（wěn）定性部分替代密（mì）度較大的高（gāo）溫合（hé）金和不鏽鋼，同（tóng）時又（yòu）兼具良好可焊（hàn）性的需求，α鈦（tài）合（hé）金（jīn）無（wú）疑是一個很好的選擇（zé），目前（qián）應用較為成熟的是TA15合金。TA15合金長時間（3000h)工作溫度可達500℃，瞬時（不超過5min)可達800℃。450℃下工作時，壽命（mìng）可（kě）達6000h。
常用增材製造用鈦合金粉末產品表（biǎo）1增材（cái）製造用鈦合金粉末化學成分表圖片
表2增材製造用鈦合金粉末特性（來源：康普錫威）
公司是一家集精密機（jī）械零部件加工，北京不鏽鋼零（líng）件（jiàn）加（jiā）工,北京鈦合金加工各類工裝夾具、治具、非標設備設計製（zhì）造以及（jí）衝壓模具、注塑模具、橡膠模具加工的專業廠家，是中國模具協會會員企業。
產品樣例（lì）（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（xìng）、耐熱性、耐腐（fǔ）蝕性及焊接性能等一係列優良的綜合性能，用於製造飛機的（de）風扇，壓氣機盤及葉片等工（gōng）作溫度較高，受力較複雜的重要結構件，是一種重要的飛機（jī）和發動機結構用鈦合金材料（liào）。 ■力學性能： 表3退火態3D打印TA15力學性能（來源：康普錫威）
鈦合金在金屬3D打印材料市場中一直處（chù）於領先地位（wèi），根據《Market Analysis Report》，其在2019年占全球收入的65.3％，這不僅取（qǔ）決（jué）於用量，也取決於（yú）價格。航空航天業采用3D打印製造鈦合（hé）金原型成為促進增長（zhǎng）的主要因素，而（ér）它在重量、強度和腐蝕性方麵滿（mǎn）足行（háng）業要求的能（néng）力使其能夠保持可持續性的增長。 得益於應用市場的發力，鈦合金粉末（mò）的價格在近年來快速下降，無論國產還是進口，價格基本在1300-1800元/公斤，並還有進一步下降的趨勢和空間。得益於此，鈦合金3D打印的應用領（lǐng）域也逐漸超出航空航天的應（yīng）用範（fàn）圍，開始向汽車（chē）及大工業領域拓展， 國（guó）產鈦（tài）合金3D打印粉末市（shì）場正（zhèng）在蓬勃發展。
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