أدى الطلب الكبير على مسحوق التيتانيوم ومسحوق سبائك التيتانيوم في الصناعات التحويلية المتقدمة إلى نمو هائل في هذه الصناعة. ويتوقع بعض خبراء الصناعة أن تنمو هذه الصناعة بمعدل نمو سنوي مركب يتجاوز 14% بحلول عام 2034.
يتميز مسحوق التيتانيوم بتوافق حيوي استثنائي، ونسبة قوة إلى وزن ممتازة، وخصائص مقاومة للتآكل، مما يُتيح له استخدامات واسعة في صناعات الطيران، والطب، والسيارات، والإلكترونيات. لذا، سواءً كنت ترغب في قطع غيار سيارات عالية القوة أو مكونات محركات طيران خفيفة الوزن ومتينة، فإن مسحوق معدن التيتانيوم هو المادة المثالية.
المحتويات
خصائص مسحوق التيتانيوم
وفيما يلي نظرة عن قرب على خصائصه:
- نسبة عالية من القوة إلى الوزن: يظهر التيتانيوم نسبة عالية من القوة إلى الوزن؛ فهو أقوى وأخف وزناً من الفولاذ بنسبة 45%.
- اللدونة: شديدة اللدونة ويمكن تشكيلها بسهولة لتشكيل أشكال مختلفة.
- مقاومة التعب: أثبتت هذه المادة أنها تظهر مقاومة ممتازة للإجهاد الدوري
- مقاومة التآكل: يمكن أن يشكل Ti طبقة أكسيد مستقرة (TiO₂) تحميه من الأكسدة والصدأ.
- التفاعلية: يظهر Ti تفاعلية في درجات الحرارة العالية، وخاصة مع الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين
- الاستقرار في درجات الحرارة العالية: يمكنه تحمل درجات حرارة تصل إلى 300 درجة مئوية دون فقدان السلامة الهيكلية
- التوافق الحيوي: مسحوق التيتانيوم غير سام ومضاد للحساسية، ويمكن استخدامه في الغرسات الطبية والأطراف الصناعية
| الممتلكات | بعد التخفيض |
|---|---|
| الوزن الجزيئي الغرامي | 47.86 (للمعادن التيتانيوم السائبة) |
| مظهر | فضي |
| ذوبان نقطة | 1668 ° C |
| التركيب البلوري | مسدس الأضلاع |
| فيكرز صلابة | 830–3420 ميجا باسكال |
| نقطة الغليان | 3560 ° C |
| كثافة | 4.54 g / cm³ |
| حرارة التبخير | 425 kJ / mol |
| حرارة الانصهار | 14.15 kJ / mol |
| قوة الشد | 140 ميغاباسكال |
أنواع مسحوق التيتانيوم وتقنيات تصنيعه
هناك تقنيات تصنيع مختلفة لإنتاج مسحوق التيتانيوم اعتمادًا على الخصائص والتطبيقات المطلوبة.
مسحوق التيتانيوم المتبخر بالغاز
غاز مُذرّر يُحضَّر مسحوق التيتانيوم باستخدام غاز خامل مثل الأرجون (Ar). أولًا، يُصهر المعدن في فرن عالي الحرارة. ثم يُحَلَّل التيتانيوم المصهور إلى ذرات، مما يؤدي إلى تفتيت المعدن إلى قطرات دقيقة. تتحول هذه القطرات الدقيقة إلى مسحوق عند تبريدها.
يظهر مسحوق التيتانيوم الذي تم الحصول عليه بهذه الطريقة هذه الخصائص الممتازة
- جسيمات كروية للغاية ذات أسطح ناعمة
- قدرة تدفق ممتازة
- توزيع حجم الجسيمات التي تسيطر عليها
- الحد الأدنى من الشوائب بسبب بيئة الغاز الخامل
مسحوق التيتانيوم البلازمي
في هذه الطريقة، يُصهر قضيب معدن التيتانيوم باستخدام شعلة بلازما. ثم يُرشّح التيتانيوم المصهور باستخدام تيار غاز عالي السرعة. ونتيجةً لذلك، يُحصل على مسحوق تيتانيوم نقي كروي. يزيد إنتاج المسحوق الناعم Ti-6Al-4V الناتج عن الرشح البلازمي عن 40%.
يظهر التيتانيوم الذي تم الحصول عليه من خلال هذه الطريقة هذه الخصائص.
- مسحوق التيتانيوم الكروي فائق الدقة
- قدرة تدفق ممتازة
- محتوى الأكسجين منخفض جدًا
- مسحوق التيتانيوم عالي النقاء
مسحوق التيتانيوم هيدريد-ديهيدريد (HDH)
مسحوق هيدريد التيتانيوم يُنتَج عن طريق هدرجة إسفنج التيتانيوم، أو الخردة، أو منتجات الطحن. بعد الهدرجة، تصبح هذه المنتجات هشة، ثم تُطحن إلى مسحوق ناعم. علاوة على ذلك، تُجرى عملية نزع الهيدروجين للحصول على مسحوق معدن التيتانيوم.
يظهر هذا المسحوق:
- الجسيمات ذات الشكل غير المنتظم
- الأسطح الخشنة
- محتوى أكسجين أعلى مقارنة بالمساحيق الذريّة
مسحوق التيتانيوم الإسفنجي
مسحوق إسفنج التيتانيوم هو المنتج الأساسي المُنتَج عن طريق اختزال أكسيد التيتانيوم أو رباعي كلوريد التيتانيوم في وجود المغنيسيوم أو الصوديوم. يحتوي هذا المسحوق المعدني على فراغات وفجوات مترابطة، مما يُعطيه مظهرًا مساميًا. وكما هو الحال مع مسحوق معدن التيتانيوم النقي، يتميز هذا المسحوق بخصائص استثنائية، مثل مقاومته العالية للتآكل ومتانته العالية مع الحفاظ على وزنه الخفيف.
استخدامات مسحوق التيتانيوم
تُستخدم مساحيق التيتانيوم وسبائك التيتانيوم على نطاق واسع في التصنيع الإضافي، وقولبة الحقن المعدنية، والضغط المتساوي الضغط الساخن، وتطبيقات الرش البارد، وكل منها مع توزيع محدد لحجم الجسيمات.
التصنيع الإضافي (الطباعة ثلاثية الأبعاد)
التصنيع مضافة تُستخدم لإنتاج قطع تيتانيوم خفيفة الوزن وعالية القوة ذات هندسة معقدة. تتضمن هذه التقنية ترسيبًا دقيقًا للمواد طبقةً تلو الأخرى من نماذج رقمية. تتطلب التقنيات المختلفة أحجامًا محددة من مسحوق التيتانيوم: يعمل الصهر الانتقائي بالليزر (SLM) بشكل أفضل مع جسيمات بأحجام تتراوح بين 20 و45 ميكرومتر، بينما يستخدم الصهر بشعاع الإلكترون (EBM) مساحيق أكثر خشونة بأحجام تتراوح بين 45 و106 ميكرومتر.
حقن صب المعادن (MIM)
MIM هي تقنية متقدمة تُستخدم لإنتاج مكونات دقيقة ومعقدة للغاية بوزن أقل من 100 غرام. في هذه التقنية، يُستخدم مسحوق معدن التيتانيوم بتركيز 45 ميكرومتر كمادة خام، حيث يُخلط مع مادة رابطة لتحضير المادة الخام. تُغذى هذه المادة الخام إلى آلة قولبة بالحقن حيث تُنتج المادة النهائية. جزء ميم يتم الحصول عليها بعد إزالة الشحوم والقولبة.
صناعة الطيران والدفاع
نظراً لارتفاع نسبة قوته إلى وزنه ومقاومته للتآكل في البيئات القاسية، يُستخدم في تصنيع مكونات محركات الطائرات، وهياكل المركبات الفضائية، ودروع المركبات العسكرية.
التطبيقات الطبية الحيوية والرعاية الصحية
مسحوق سبائك التيتانيوم، مثل مسحوق Ti-6Al-4V، يتميز بتوافق حيوي عالٍ ومعامل مرونة منخفض. ولذلك يُستخدم في زراعة العظام (زراعة الورك والركبة والعمود الفقري) وزراعة الأسنان.
صناعة السيارات.
بفضل خفة وزنها وقوتها العالية، يمكنها تحسين كفاءة استهلاك الوقود والمتانة
مما أدى إلى استخدامه في تصنيع مكونات المحرك خفيفة الوزن، وأنظمة الفرامل، وأنظمة العادم.
مزايا مسحوق التيتانيوم
نسبة عالية من القوة إلى الوزن
من أهم مزايا التيتانيوم نسبة قوته إلى وزنه الممتازة. هذه الخاصية الفريدة تجعله مثاليًا لصناعات مثل صناعة الطيران. يستخدم المهندسون مسحوق التيتانيوم لتصنيع مكونات عالية القوة وخفيفة الوزن توفر متانة وأداءً استثنائيين.
مقاومة التآكل لمسحوق التيتانيوم
تتميز المكونات المصنوعة من مسحوق معدن التيتانيوم بمقاومة ممتازة للتآكل بفضل تجانس طبيعتها. وبالتالي، يتميز مسحوق التيتانيوم بمقاومته لمختلف الوسائط، بما في ذلك المياه المالحة والأحماض والمواد الكيميائية الصناعية. علاوة على ذلك، يُستخدم طلاء مسحوق معدن التيتانيوم على نطاق واسع لتعزيز مقاومة المكونات للتآكل.
مُصنِّع مسحوق التيتانيوم
وفيما يلي الشركات الثلاث الرائدة في تصنيع مسحوق معدن التيتانيوم:
العناصر الأمريكية
تُعتبر شركة "أمريكان إليمنتس" من أبرز موردي مساحيق المعادن عالميًا. تُصنّع الشركة مسحوق معدن التيتانيوم النقي بنسبة تتراوح بين 99% و99.9%. كما تُقدّم أحجام جزيئات مُخصصة تتراوح من النانو إلى الميكرونات.
ستانفورد للمواد المتقدمة
تأسست الشركة عام ١٩٩٤، وهي متخصصة في إنتاج المواد المتطورة. تقدم الشركة مسحوق التيتانيوم من الدرجة الأولى إلى الخامسة، بما في ذلك Ti-1994Al-1V-ELI.
هوغاناس AB
شركة هوغاناس إيه بي (Höganäs AB) رائدة عالميًا في مجال حلول مسحوق المعادن. تُركز الشركة على إنتاج مواد التصنيع الإضافي. وهي من أبرز مُنتجي Ti-6Al-4V وCP-Ti الكروي المُرَذَّب بالغاز (الدرجات من 1 إلى 4).
سعر مسحوق التيتانيوم
هناك عدة عوامل تؤثر على التيتانيوم أسعار مسحوق المعادن:
- التركيب الكيميائي: التيتانيوم النقي من الدرجة 1-4 أرخص من مسحوق التيتانيوم من الدرجة 5، مثل Ti-6Al-4V. لأن التيتانيوم من الدرجة 5 يحتوي على أكاسيد، مما يزيد من سعره.
- الكمية: إذا قمت بشراء مسحوق المعدن بكميات كبيرة فسوف يكلفك ذلك أقل.
- حجم الجسيمات: الجسيمات الدقيقة التي يتراوح حجمها بين 15 و45 ميكرون تكون أكثر تكلفة من المساحيق الأكثر خشونة
- عملية الإنتاج: تؤثر أيضًا على سعر مسحوق معدن التيتانيوم مثل مسحوق الغاز الذري للعميل أكثر من المسحوق المنتج من خلال عملية HDH.
فيما يلي مقارنة بين خصائص مسحوق التيتانيوم النقي وسبائكه
إليك بياناتك التي تم تحويلها إلى جدول نظيف وسهل القراءة باستخدام أسلوبك المفضل:
فيما يلي جدول مقارنة مواد التيتانيوم الخاص بك، منسقًا بالنمط النظيف المفضل لديك:
| الممتلكات | مسحوق التيتانيوم النقي | تي 6Al-4V | تي 6Al-7Nb |
|---|---|---|---|
| التركيب | ~99.5%–99.9% تيتانيوم | 6% ألمنيوم، 4% فينيل، التوازن تيتانيوم | 6% Al، 7% Nb، الرصيد Ti |
| الكثافة (جم / سم مكعب) | 4.54 | 4.43 | 4.50 |
| نقطة الانصهار (درجة مئوية) | ~ 1668 | ~ 1604–1660 | ~ 1800–1860 |
| نطاق حجم الجسيمات (ميكرومتر) | 10-150 | 10-150 | 10-150 |
| قوة الشد (MPa) | ~ 240–550 | ~ 900–1100 | ~ 900–1050 |
| قوة العائد (MPa) | ~ 170–485 | ~ 830–900 | ~ 800 |
| استطالة (٪) | 10-30٪ | 10-15٪ | 10-16٪ |
| صلابة (hrc) | لا يوجد | ~ 30–40 | ~ 28–38 |
| الموصلية الحرارية (W / m · K) | ~ 17–22 | ~ 6.7 | ~ 6.7 |
| المقاومة للتآكل | أسعار | أسعار | متفوق على Ti-6Al-4V |
| ذكية ومتخصصة | الطب الحيوي، والفضاء الجوي، والكيميائي، والتصنيع الإضافي | الفضاء، زراعة العظام، الطباعة ثلاثية الأبعاد | الغرسات الطبية (مفاصل الورك، غرسات الأسنان) |
| السعر (للكيلو جرام) | $ $ 50- 500 | $ $ 150- 450 | $ $ 400- 750 |
الأسعار هي للإشارة فقط.
احتياطات السلامة
عند التعامل مع مسحوق معدن التيتانيوم، يجب اتخاذ احتياطات سلامة صارمة نظرًا لطبيعته شديدة التفاعل والاشتعال. يُحفظ في حاويات محكمة الإغلاق مصنوعة من مواد غير تفاعلية، نظرًا لشدة انفجاره عند ملامسته للشرر أو اللهب أو التيار الساكن. يجب استخدام معدات الوقاية الشخصية (PPE) عند التعامل مع مسحوق المعدن. في حالة انسكاب مسحوق التيتانيوم، يجب عدم تنظيفه بالطرق التقليدية، واستخدام طفايات حريق من الفئة D وأدوات غير قابلة للاشتعال.
مقارنةً بالأجزاء المطروقة والمُشَكَّلة، تُوفِّر منتجات مسحوق المعادن استخدامًا أعلى للمواد واستهلاكًا أقل للطاقة. وبصفتنا شركة رائدة شركة مسحوق المعادن في الصين، تلتزم شركة BLUE بتطوير استخدام أجزاء المسحوق المعدني ودعم التنمية المستدامة.
نحن نقدم مجموعة كاملة من المعايير أجزاء مسحوق المعادنبالإضافة إلى خدمات مخصصة. تغطي قدراتنا كلاً من معالجة المساحيق المعدنية وقولبة الحقن.
الأسئلة الشائعة
1. ما هو مسحوق ثاني أكسيد التيتانيوم؟
ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) مسحوق صباغ أبيض اللون. يُستخدم في الدهانات ومستحضرات التجميل وواقيات الشمس لسطوعه ومقاومته للأشعة فوق البنفسجية.
2. ما هي استخدامات ثاني أكسيد التيتانيوم بشكل أساسي؟
يتم استخدامه بشكل أساسي في الدهانات والطلاءات والبلاستيك ومستحضرات التجميل والأغذية كعامل تبييض وحاجب للأشعة فوق البنفسجية.
3. هل مسحوق التيتانيوم قابل للانفجار؟
مسحوق التيتانيوم الناعم قابل للاشتعال والانفجار في الهواء عند تعرضه لدرجات حرارة عالية أو شرارات. وبفضل قدرته على إخماد الحرائق، يُستخدم مسحوق التيتانيوم في الألعاب النارية.