鈦粉冶金(P/M)技術的進步有望創造出無需大量材料浪費的定制配件,其生產成本也將相應降低。在目前的生產過程中,鈦粉可通過混合元素技術或預合金後的壓縮,並利用金屬注射成型、熱等靜壓、直接粉末轧制或激光工程淨形等方法進行整合。由於其優異的強度、低重量和抗腐蝕性,鈦粉被廣泛應用於航空航天、醫療植入物、3D 打印、粉末冶金和表面塗層領域,並且在能源生成、體育設備及化學過程中作為催化劑的角色也至關重要。
傳統的鈦生產技術主要依賴於Kroll過程,這一過程需要在1040°C的高溫下進行,這對能源需求來說是一個巨大的挑戰。
根據目前的技術,鈦金屬的生產通常是通過Kroll過程進行的,該過程涉及在碳的存在下對TiO2礦石進行氯化,並與鎂反應生成鈦海綿。目前相關研究已經顯示,通過混合元素方法(BE)可以將鈦海綿的密度提升至接近100%。研究表明,這類技術能夠生產出高性能的鈦零部件,並以更低的成本滿足市場需求。
通過BE技術,已經成功製造了豐富的鈦合金部件,包括豐田Altezza的閥門、高爾夫球棒及壘球棒等。
預合金粉末的生產有多種技術,如氫化–去氫化過程與等離子旋轉電極過程(PREP)。氫化過程能去除焊接原料中的雜質,並生成可用於加工的粉末。此類粉末大小一般在50到300μm之間,經過冷壓成形及熱處理後,可以生成密度高達99.5%的最終產品。
預合金粉末的活用增加了鈦合金的靈活性,對航空與醫療應用都有正面的影響。
粉末整合技術包括金屬注射成型(MIM)及激光工程淨形(LENS)。這些技術已被證明適合生產小到中型金屬零部件,並有潛力降低生產成本。過去,MIM技術因為引入碳而影響機械特性,但最近的研究顯示,透過改進的去綁劑技術,成功減少了綁定劑的引入量,前景令人鼓舞。
激光工程淨形技術允許直接從CAD數據快速製造金屬部件,這使得鈦金屬的應用越來越多樣化。
目前,不少新興技術正進一步挑戰傳統鈦生產方式,例如FFV、MER等技術主要依賴於對TiO2的電解還原。尽管这些技术现在尚未实现商业化,但它们展示了未来鈦粉材料可靠性和降低成本的潜力。全世界各地的鈦產品需求不斷攀升,這些技術的成功實施有可能徹底改變鈦的生產景觀。
與傳統鈦海綿的生產相比,新工藝有潛力顯著降低成本,這對行業會帶來革命性的影響。
未來鈦粉的產業潛力令人振奮,然而許多的技術仍在研發中,這些新技術能否真正顛覆鈦的生產方式?