【本文來自微信公眾號：晨源鈦（tài）業】鈦合金具有比強度（dù）高，耐蝕（shí）性（xìng）好，高溫力學性能（néng）優良等特（tè）點（diǎn），可滿足（zú）航空航天高機動性、高可靠和長（zhǎng）壽命零部件（jiàn）設（shè）計的需要，其應用（yòng）水平已經（jīng）成為衡（héng）量航空及（jí）航天器選（xuǎn）材******程度的重要標誌，同時鈦（tài）合（hé）金（jīn）具有良好的生物（wù）相容性，彈性模量與人體骨骼接近，在醫療領域也是一種重要應用材料。雖然鈦具有諸多優良特性，但其加工一直是一項難題，鈦的低熱傳導率、加工硬化、低（dī）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，材料利用率低，周期長，成本高，而等靜壓、注射成形、放電（diàn）等離子燒結等方法又難以克服氧含量和孔隙率高等瓶頸問（wèn）題。
增材製造（zào）用（yòng）鈦合金的種類、應用、粉（fěn）末製（zhì）備技術，及市場用量情況
增材製造作為近淨成形技術的一（yī）個新方向，大大減（jiǎn）少了（le）工序並縮短了製造周期（qī），非常適用於複雜（zá）結構和定製化零件製（zhì）造，而且材料利（lì）用率高，其技術（shù）優勢與鈦的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加工難題，鈦的不利於傳（chuán）統機加（jiā）工的諸如低熱傳導率特性反而（ér）有利於粉末激光成型，因此自金屬（shǔ）增材製造技（jì）術興（xìng）起之後，鈦合金被率先投入使用並迅速（sù）鋪開，由（yóu）此也帶動了粉末材料的需（xū）求。當前全球（qiú）增材製造（zào）用鈦粉年（nián）用量在1000噸以上，在整個（gè）增（zēng）材製造金屬材料中仍然占據（jù）主要市場。
2014-2027年鈦合金3D打印粉末總消耗量預測（來源（yuán）：SmarTech）增材製造用（yòng）鈦合金粉（fěn）末製備粉末材料作為金屬增材製造（zào）的***主（zhǔ）要基礎（chǔ）原材料，是增材製造產業鏈中的重要組成部分。金屬粉末特性對增材製造工藝穩定性、成形精密性和產品組織性能有關鍵影響。鈦合金增材製造以鈦合金（jīn）粉末為原料，粉末粒度分布、純淨度、空心粉含量、流動性（xìng）、鬆裝密（mì）度等對成形件性能起著至關重要（yào）的作用。
不同增材製造工藝所適用粉末特（tè）性有所差異，但基本要求都是成分純淨、粒徑分布窄，流（liú）動性好。基於上述要求，應用於增材製造的金屬粉末多為球形粉末，製備（bèi）工（gōng）藝也以（yǐ）球形粉末製備技術為主。金屬增（zēng）材製造中常用鋁基（jī）、鐵基、銅基等材料大多采用坩堝熔煉氣體（tǐ）霧化製備，但由於（yú）鈦具有極（jí）強的（de）化學活性，在高溫狀態下和絕大多數（shù）的單質（zhì）和化合物發生反應，因此為保證鈦合金（jīn）粉末的（de）純淨度和低含氧量不宜使用傳統坩堝方式熔煉。當前球形鈦粉製備（bèi）技術集中於電極感應熔煉氣體霧化（EIGA）、等離（lí）子旋轉（zhuǎn）電極（PREP）、等（děng）離子火炬霧（wù）化（PA）和射（shè）頻等離子球化（PS），幾種方法（fǎ）均為無坩堝（guō）形式。
國內外主要增材（cái）製造鈦粉（fěn）供應商多（duō）以上述幾種製備技術為基（jī）礎，而且（qiě）不同製備技術分別形成了代（dài）表性（xìng）的設備和材料供應商，如德國ALD公司代表了（le）EIGA設備的*********水平，以PA技術（shù）為基礎的AP&C幾乎是高品質球形鈦粉的代名詞。幾種鈦粉製備方法在粉末特性、設備成本和生產（chǎn）效率方麵各有優劣，但不（bú）可回（huí）避的一個問題就是細粒徑粉末的製備成（chéng）本。近幾年鋪粉用鈦合金粉末（mò）市場價（jià）格已經大幅降低，但單價仍然明顯高（gāo）於其他增材製造粉末，一（yī）方麵是由於（yú）鈦本（běn）身材料價格高，作為高活性材料（liào）處（chù）理成本也高，另一方麵和當前鈦粉製備技術的細粉收得率和生產效率直接相關（guān）。雖然當前粉末成本並不是金（jīn）屬增材製（zhì）造的***主要成本，鈦（tài）的主要應用領域對價格也並不過分敏感，但（dàn）在粉末需求不斷增長的大（dà）背景下，降低成本是必然要求，因此開展鈦粉製備技術開發和工藝優化具有重要意義。對（duì）球形鈦粉（fěn）製備而（ér）言，提高細粉收（shōu）得率和（hé）相對連續工藝生產都是製（zhì）備關鍵技術。
據（jù）3D打印技術參考了解，有研科技集團下屬北京康（kāng）普錫威（wēi）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末製備存在的熔煉與霧化技術問題，將高頻感應熔煉技術與氣霧化技術相（xiàng）結合（hé），並采用緊耦合結構（gòu）的霧（wù）化器結（jié）構設計製備微細球形鈦及鈦合（hé）金粉末，提高了（le）細粉收得率（lǜ），同時可實現密閉條件下的連續生產，進一步降低了鈦合（hé）金粉末的生產成本。相關成果曾獲中國（guó）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
鈦合金存在α和β兩種同素異形體，一般在882℃發生α?β的轉變。通常來說（shuō），根據鈦合金中α相（xiàng）和β相的含量組成可將鈦合金分成α鈦合金、β鈦合金、α+β鈦合金三類，我國分別以TA、TB、TC表示。α鈦（tài）合金是由α相單項固溶體組（zǔ）成，組織形態比較穩定，始終以α相形式存在，因此具有良好的（de）高溫穩定（dìng）性和可焊性，但是其室溫強度和塑性較差。β鈦合金晶體結構為（wéi）體心立方（BCC），其（qí）變形能力優於密排六（liù）方（HCP）結構的α鈦合金，具有較好的（de）塑性和室溫強度。α+β鈦合金可以通過調整合金元（yuán）素成分（fèn）調控α和（hé）β的相對（duì）含量從而達到提升合金成形性和力學性（xìng）能，但這都是以犧牲其焊接（jiē）性能和抗蠕變性能為代價。
增材製造用鈦（tài）合（hé）金的種類、應用、粉末製備技術，及市場（chǎng）用量情況
在增材製造領域中（zhōng），目前α+β鈦合金應用***多的是TC4，具有良好的耐蝕性、焊接性，可通（tōng）過熱處理調整組織及性能，在航空航天和醫療領（lǐng）域（yù）廣泛使用，可在350℃以下長期使用；隨著增材製（zhì）造應用的不斷拓展（zhǎn）和輕（qīng）量化要（yào）求的不斷（duàn）提高，越來越多航空（kōng）航天零（líng）部件希望擁有更高的高溫強（qiáng）度和穩定性部分替代密度較大的高溫合金和不鏽鋼，同（tóng）時又兼具良好可焊（hàn）性的（de）需求，α鈦合金無疑是一個很好的選擇，目前應用較為成熟的是TA15合金（jīn）。TA15合金長時（shí）間（3000h)工作溫度可達500℃，瞬時（不超（chāo）過5min)可達800℃。450℃下工作（zuò）時，壽命可達6000h。
常用增材製造用鈦合金粉末產品（pǐn）表1增材製造用鈦合金粉末化學成（chéng）分表圖片
表2增材製造用鈦合金粉末特性（來源（yuán）：康普（pǔ）錫威）
公（gōng）司是一家集精密機械零部件加工，北（běi）京不鏽鋼零件加工,北京鈦合金加工各類工裝夾具、治具、非標設備設計製（zhì）造以及衝壓模具、注塑模具、橡膠模具加工的專業廠家，是（shì）中國模具協會會員企（qǐ）業。
產品樣例（TA15） ■應用場景 TA15合金是一種高Al當量的近α型鈦合金，具有良好的高溫強度、穩定性、耐熱性、耐腐蝕性及焊接性（xìng）能（néng）等一係列優良的綜合性能，用於製造飛機的風（fēng）扇，壓氣（qì）機盤及葉片等工作溫（wēn）度較（jiào）高，受力較複雜的重要結構（gòu）件，是一種（zhǒng）重要的飛機和發動（dòng）機結構用鈦合金材料。 ■力學性能： 表3退火態3D打印（yìn）TA15力學性能（來源：康普錫（xī）威）
鈦合金在金屬3D打印材料市場中一（yī）直處於領先地位，根（gēn）據《Market Analysis Report》，其在（zài）2019年占全球收入的65.3％，這（zhè）不僅取決於用量，也取決於價（jià）格。航空航天業采用3D打印製造鈦合金原型成為促進增長的（de）主要因素（sù），而（ér）它在重量、強度和腐蝕性方麵（miàn）滿足行業要求的能力使其能（néng）夠保持（chí）可持續（xù）性的增長（zhǎng）。 得益於應（yīng）用市場的發力，鈦合金粉（fěn）末（mò）的價格在近年來快速下降（jiàng），無論國產還是進口，價格基本（běn）在1300-1800元/公斤，並還有進一步（bù）下降的趨勢和空間。得益於此，鈦（tài）合金3D打印的（de）應用領域也逐漸超出航空航天的應用範圍，開始向汽車及大（dà）工業領域拓展（zhǎn）， 國（guó）產鈦合（hé）金3D打印粉末市場正在蓬勃發展。
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