钛合金在增材制造中的广泛应用与未来趋势

01钛合金的优越性与挑战

这一金属材料是钛合金，它有高比强度的特质，还有出色的耐蚀性，并且具备优异的高温力学性能，会在航空航天领域发挥着非常关键重大极其重要的作用，它满足了零部件设计对于高机动性、高可靠性和长寿命的严苛要求，成为衡量航空及航天器选材先进程度的关键指标。

与此同时，钛合金具备良好的生物相容性，它的弹性模量跟人体骨骼差不多，这就让它在医疗领域占据了不可缺少的重要地位。

虽然钛合金有着好多卓越特性，可是它的加工向来是个难题，传统的机加工手段碰到好多挑战，像钛的低热传导率、加工硬化倾向以及低弹性模量等，致使制造钛合金构件困难重重，材料利用率低，制造周期长，成本高昂，另外等静压、注射成形以及放电等离子烧结等方法也很难克服钛中氧含量高和孔隙率大等固有难题。

增材制造技术出现，给钛合金制造带来革命性变化，它是近净成形技术，使制造流程大幅简化，制造周期得以缩短，很适合制造复杂结构和定制化零件，其高材料利用率特点与钛应用领域需求高度契合，更关键的是，能有效避开钛的传统加工难题，自金属增材制造技术兴起，钛合金快速成为首批投入使用材料之一，还带动粉末材料市场繁荣。当下，全球用于增材制造的钛粉，每年的使用量已然超过了1000吨，在增材制造金属材料的这个市场里，占据着领先的位置。

钛合金粉末制备与市场

于金属增材制造范畴当中，粉末物料发挥着极其关键的作用，钛合金，身为一种具备高性能的金属，其增材制造进程针对粉末物料存有严苛的要求，粉末的粒度分布情况、纯净程度、空心粉所占比例、流动性能以及松装密度等各项特性，均会直观影响成形部件的性能。

虽说不同的增材制造工艺，对于粉末特性的需求存在着差别，可是成分纯净、粒径分布窄、流动性好，一直都是共同的基本要求。球形粉末因为有着良好的流动性以及稳定性，所以在增材制造里获得了广泛应用。然而，钛合金的高化学活性带来了独特的挑战，致使传统的坩埚熔炼方法，无法满足其纯净度以及低含氧量的要求。

所以，像电极感应熔炼气体雾化（EIGA）、等离子旋转电极（PREP）这类无坩埚熔炼技术，变成了制备球形钛粉的主要办法。当下，国内外主要的增材制造钛粉供应商都运用这些先进的制备技术。比如，德国ALD公司凭借其EIGA设备在全球处于领先地位，而AP&C公司则以PA技术作为基础，成为了高品质球形钛粉的代表。

各种制备方法，在粉末特性方面，在设备成本方面，在生产效率方面，各有各的优势，然而，细粒径粉末的高制备成本，一直是个无法避开的问题。近年来，铺粉用钛合金粉末的市场价格，已经大幅降低，可是，跟其他增材制造粉末相比较，它的单价，依旧相对较高。这主要是因为，钛材料自身成本高昂，以及其高活性带来的处理难题。另外，当前的钛粉制备技术，在细粉收得率方面，在生产效率方面，仍旧需要提高。

北京康普锡威科技有限公司，属于有研科技集团旗下，针对钛及钛合金粉末制备里的熔炼与雾化难题，创新性地把高频感应熔炼技术和气雾化技术进行融合 ，是通过紧耦合结构的雾化器设计 ，成功制备出微细球形钛及钛合金粉末 ，不但提高了细粉收得率 ，还达成了密闭条件下的连续生产 ，进而有效降低了生产成本 ，此项创新成果得到了中国有色金属工业科学技术一等奖。

另外，钛合金按照其α相以及β相的含量构成，能够划分成α钛合金、β钛合金还有α + β钛合金这三类。当中，α钛合金凭借其高温稳定性以及可焊性较为突出，但室温强度还有塑性稍微欠缺；β钛合金却是以其出色的变形能力以及室温强度崭露头角。

钛合金的应用实例与前景

于增材制造的领域当中，α + β钛合金有着颇为广泛的应用，在此里面，TC4合金的表现极为突出，靠着那种卓越非凡的耐蚀性以及焊接能力，还有依据热处理能够灵活变动调整的组织与性能，从而成为航空航天以及医疗领域的优先被选取的材料，该材料可得在350℃以下的温度环境里长时间稳定地开展工作。

接连增材制造技术持续取得进步，以及轻量化需求愈发紧迫感，航空航天领域针对材料的高温强度与稳定性的要求也不停地提升。在这样的背景状况之下，α钛合金渐渐获得青睐，特别是TA15合金，它长时间（3000小时）工作的温度能够达到500℃，就瞬时（不超过5分钟）而言可达800℃，并且在450℃时工作的寿命长达6000小时，同步维持良好的可焊性，成为部分取代高温合金以及不锈钢的理想挑选。

TA15合金，是一种近α型钛合金，具有高Al当量之特性，因有着出色的高温强度，具备良好的稳定性，拥有优良的耐热性，存有较好的耐腐蚀性，且还有不错的焊接性能，故而在飞机制造领域被广泛应用，它常常被用在制造风扇方面，还被用于制造压气机盘，也被用于制造叶片等关键结构件。

近些年，伴随应用市场持续拓展，钛合金粉末价格展现出快速下滑趋向。当下，不管是国产的还是进口的钛合金粉末，价格大体维持在1300至1800元每公斤，并且仍存在进一步下降的余地。这种变化促使钛合金3D打印的应用范围渐渐超越航空航天领域，朝着汽车及大工业领域持续延伸，国产钛合金3D打印粉末市场也因而呈现出蓬勃的发展态势。