積層造形におけるチタン合金の幅広い応用と今後の動向

01 チタン合金の優位性と課題

この金属材料はチタン合金であり、それは高い比強度の資質、優れた耐食性を持っており、優れた高温機械的特性を持って、航空宇宙の分野で非常に重要な役割を果たすだろう、それは航空宇宙や宇宙船材料の高度な選択の程度を測定するための重要な指標の厳しい要件の高移動性、高信頼性と長寿命化のためのコンポーネントの設計を満たしています。

同時に、チタン合金は生体適合性があり、人間の骨に近い弾性率を持つため、医療分野では欠かせない存在となっている。

チタン合金は多くの優れた特性を持っていますが、その加工は常に困難な問題であり、伝統的な加工手段は、チタンの低い熱伝導率、加工硬化傾向、低弾性率などの多くの課題に遭遇し、その結果、チタン合金部品の製造は困難であり、低い材料利用率、製造サイクル時間が長く、高コストであることに加えて、静水圧プレス、射出成形、放電プラズマ焼結法はまた、酸素含有量と大きな気孔率でチタンの固有の困難を克服することは非常に困難である。また、静水圧プレス、射出成形、放電プラズマ焼結法も、チタンの酸素含有量と気孔率やその他の固有の問題を克服することは困難である。

積層造形技術の出現は、チタン合金の製造に革命的な変化をもたらすために、それは製造工程が大幅に簡素化されるように、ニアネット成形技術であり、製造サイクルを短縮することができ、複雑な構造やカスタマイズされた部品の製造に非常に適している、その高い材料利用特性とチタンアプリケーションは、フィールドのニーズと非常に互換性があり、より決定的なのは、効果的にチタンの問題の伝統的な処理をバイパスすることができ、金属積層造形技術の台頭以来、チタン合金は急速に最初の材料の一つとなっています。金属積層造形技術の台頭以来、チタン合金は急速に実用化された最初の材料の一つとなり、粉末材料市場の繁栄にもつながった。現在、積層造形用チタン粉末の世界的な使用量は、この市場の金属材料の積層造形で、1,000トン以上の年間使用量は、主導的地位を占めている。

チタン合金粉末の調製と市場

チタン合金は高性能の金属であるため、粉末材料の積層造形プロセスには厳しい要件があり、粉末の粒度分布、純度、中空粉末の割合、流動性能、嵩密度などの特性が形成部品の性能に直感的に影響する。

付加製造プロセスによって粉末特性に対する要求は異なるが、純粋な組成、狭い粒度分布、良好な流動性は常に共通の基本要件である。球状粉末は流動性と安定性に優れているため、積層造形に広く使用されている。しかし、チタン合金は化学的活性が高いため、従来のるつぼ溶解法では純度と低酸素含有量の要件を満たすことができず、独特の課題があります。

そのため、電極誘導ガスアトマイゼーション（EIGA）やプラズマ回転電極（PREP）のようなるつぼを使用しない溶解技術が、球状チタン粉末を調製する主な方法となっている。現在、国内外の主な付加製造チタン粉末サプライヤーは、これらの高度な調製技術を使用しています。例えば、EIGA装置を持つドイツのALD会社は世界をリードする位置にあり、PA技術を持つAP&C会社は高品質の球状チタン粉末の代表の基礎となっている。

様々な調製方法は、粉体特性、設備コスト、生産効率などの面でそれぞれ利点があるが、粒径の細かい粉体の調製コストの高さは避けられない問題であった。近年、敷設用チタン合金粉末の市場価格は大幅に引き下げられたが、他の付加製造用粉末と比較すると、その単価はまだ比較的高い。これは主にチタン材料自体のコストが高いことと、加工上の問題がもたらす活性度の高さによるものである。加えて、現在のチタン粉末調製技術は、微粉末の歩留まり、生産効率の点で、まだ改善される必要がある。

チタンとチタン合金粉末の溶融と噴霧の問題を解決するために、革新的な高周波誘導溶融技術とエアロゾル技術の統合は、アトマイザー設計の緊密な結合構造を通じて、微細な球状のチタンとチタン合金粉末の調製に成功し、微粉末の歩留まりを向上させるだけでなく、連続生産の閉鎖条件に達し、その結果、効果的に生産コストを削減し、この革新的な成果は、中国非鉄金属工業科学技術賞を受賞しました。この革新的な成果は中国非鉄金属工業科学技術賞の一等賞を受賞した。

また、チタン合金はα相とβ相の含有量によってαチタン合金、βチタン合金、α＋βチタン合金に分けられる。その中で、αチタン合金は高温安定性と溶接性に優れるが、室温強度と塑性変形性にやや欠け、βチタン合金は変形能と室温強度に優れる。

チタン合金の応用例と展望

積層造形の分野では、α＋βチタン合金の応用範囲は広く、中でもTC4合金は、耐食性や溶接性に優れ、熱処理によって組織や特性を柔軟に調整でき、350℃までの温度で長時間安定して作業できることから、航空宇宙分野や医療分野で好まれる材料となっている。この材料は、350℃までの温度で長期間安定して使用できる。

航空宇宙分野の材料に対する高温強度および安定性の要求は、積層造形技術の継続的な進歩と軽量化ニーズの緊急性の高まりに対応して上昇し続けている。このような背景から、αチタン合金は徐々に人気を博しており、特にTA15合金は、500℃までの温度で長時間（3,000時間）、800℃までの温度で短時間（5分以内）の加工が可能であり、良好な溶接性を維持しながら450℃で6,000時間までの寿命を持ち、高温合金やステンレス鋼を部分的に置き換えるための理想的な選択肢となっています。選択

TA15合金は、ほぼα型チタン合金の一種であり、それは優れた高温強度を持っているため、高いAl等価の特性を持っている、良好な安定性を持っている、優れた耐熱性を持っている、良好な耐食性があり、また良好な溶接性能があるので、航空機製造の分野で広く使用されている、それはしばしばファンの製造に使用されますが、また、加圧ガスディスクの製造に使用され、また、キーブレードやその他の構造部品の製造に使用されます。構造部品。

近年、応用市場が拡大し続けるのに伴い、チタン合金粉末の価格は急速な下落傾向を示している。現在、国産チタン合金粉末でも輸入チタン合金粉末でも、価格は1キログラム当たり1300元から1800元を維持しており、さらに下落する余地がある。この変化により、チタン合金3Dプリンティングの応用範囲は徐々に航空宇宙分野を超え、自動車や大型工業分野へと拡大し続け、国内のチタン合金3Dプリンティングパウダー市場も活発な発展傾向を示している。