“鈦專家”江蘇金物：專注鈦金屬3D打印粉末及喂料

南極熊導(dǎo)讀：隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步,，材料科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果不斷推動著各個工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展,。鈦合金作為一種高比強(qiáng)度,、耐腐蝕,、更好人體相容性的合金材料,，成為工程師和設(shè)計(jì)師們不可或缺的材料之一。

鈦材料憑借著其卓越的物理性質(zhì),，在航空航天,、醫(yī)療器械、化工,、海洋船舶等多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,。根據(jù)中國有色金屬協(xié)會鈦鋯鉿分會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國鈦材料的產(chǎn)量近年來一直處于上升階段,。隨著近年來增材制造,、注射成型等先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用場景和案例不斷增加，我國鈦合金粉末的產(chǎn)量也快速增長,。

△2022年我國鈦加工材在不同領(lǐng)域用量占比

△數(shù)據(jù)來源：中國有色金屬協(xié)會鈦鋯鉿分會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（2023年為預(yù)估）

聯(lián)合氣霧化制粉技術(shù)（IPCA）
目前,，市場上的鈦粉多是通過氣霧化制粉技術(shù)生產(chǎn)，包括真空感應(yīng)熔煉霧化（VIGA）和電極感應(yīng)熔煉霧化（EIGA）,，此外還有等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化（PREP）和等離子熔絲霧化（PA）技術(shù)。南極熊獲悉,，來自江蘇泰州的江蘇金物新材料公司憑借著北京科技大學(xué)十余年的技術(shù)積累沉淀,，自主研發(fā)出了一種名為“聯(lián)合氣霧化（IPCA）”的粉末制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)鈦合金粉末的國產(chǎn)化替代,，成為了行業(yè)內(nèi)名副其實(shí)的“鈦專家”,。

△市面上的其他制粉技術(shù)

江蘇金物新材所開發(fā)的聯(lián)合氣霧化（IPCA）粉末制備技術(shù)是利用高頻感應(yīng)預(yù)熱與射頻等離子體高溫加熱相結(jié)合,，可以有效地改善對金屬熔體的溫度控制，獲得的粉末具有更好的球形度和低孔隙率,，確保低氧和低氮含量,。基于自主研發(fā)的IPCA聯(lián)合氣霧化制粉技術(shù),，金物新材建設(shè)了規(guī)�,；�的鈦合金制粉產(chǎn)線，有效提高了金屬液化的過熱度和加熱效率,，生產(chǎn)的粉末具有球形度高,、衛(wèi)星球和空心球少、細(xì)粉收得率高等特點(diǎn),。

△金物新材的聯(lián)合氣霧化（IPCA）粉末制備技術(shù)

金物公司目前的兩大產(chǎn)品線包括速樂鈦（鈦粉末）和米創(chuàng)鈦（鈦喂料）,，其中，用于3D打印粒度的鈦合金粉末產(chǎn)能達(dá)到300噸/年,，MIM用鈦合金喂料年產(chǎn)能60噸,。同時為了滿足日益增加的市場需求，接下來計(jì)劃擴(kuò)充球形鈦合金粉末產(chǎn)能到600-800噸/年,。

△金物新材10號IPCA聯(lián)合氣霧化生產(chǎn)系統(tǒng)

△金物新材的生產(chǎn)現(xiàn)場

粉末產(chǎn)品
憑借十?dāng)?shù)年的技術(shù)積累,，江蘇金物為航空航天、生物醫(yī)療及工業(yè)市場提供穩(wěn)定可靠的鈦合金球形粉末產(chǎn)品,。金物的專利IPCA技術(shù)所生產(chǎn)的粉末具有非常好的球形度和極少衛(wèi)星球,，以及極低的空心率。此外,，在制備過程中使用的高純度氬氣霧化粉末,，確保產(chǎn)品的低氧和氮含量。整體而言,，采用聯(lián)合氣霧化（IPCA）制粉技術(shù)生產(chǎn)的金屬粉末材料具有以下優(yōu)勢：

• 粉末形貌更好：IPCA技術(shù)通過對熔體過熱度的控制可以使粉末的球形度更好,，減少橢圓形、水滴形粉末的產(chǎn)生,，更好的球形度體現(xiàn)出更高的粉末松裝密度,，有利于3D打印件品質(zhì)的提高和穩(wěn)定。因此,，金物鈦合金球形粉末在高端醫(yī)療器械與骨科植入物領(lǐng)域具備獨(dú)特優(yōu)勢,，使用特定參數(shù)打印產(chǎn)品精度更高，各項(xiàng)機(jī)械性能更優(yōu),，粉末可循環(huán)利用次數(shù)更多,，可實(shí)現(xiàn)顧客高質(zhì)量打印要求。
• 制備效率和成本：IPCA技術(shù)在生產(chǎn)成本上具有一定優(yōu)勢,，有利于提高生產(chǎn)效率和降低制粉成本,。
• 能耗和環(huán)保性：IPCA技術(shù)具有更高的生產(chǎn)效率和更低的環(huán)境影響,，有助于減少廢料和能源消耗，符合可持續(xù)發(fā)展的要求,。金物更致力于循環(huán)利用回收廢鈦材料制粉,，生產(chǎn)真正可量產(chǎn)的高品質(zhì)球形鈦合金粉末
  

目前，金物新材料擁有國內(nèi)最齊全的球形粉末生產(chǎn)線與粉末產(chǎn)品,，包含下列數(shù)種材料：
鈦與鈦合金：主要材質(zhì)為純鈦（TA1 與TA2）,、鈦6 鋁4 釩(TC4,Ti-6Al-4V grade 5 & grade 23)、TA15,、TC11 等,，并可根據(jù)客戶訂制要求生產(chǎn)專供其他鈦合金料；

鈦喂料產(chǎn)品
金物為注射成型制造廠商提供專業(yè)的金屬注射成型專用鈦及鈦合金粉末及喂料產(chǎn)品,，以廣泛應(yīng)用于汽車零部件,，電子數(shù)碼產(chǎn)品、手表,、牙齒矯正支架,、電子密封器等領(lǐng)域。在規(guī)�,；�提升生產(chǎn)效率,，降低生產(chǎn)成本等方面做出持續(xù)努力。

鈦是一種極易與氧發(fā)生反應(yīng)的金屬,，氧元素的引入會導(dǎo)致鈦合金制件性能變差,。因此，在鈦材的制備過程中控氧是十分關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié),。針對控氧問題,，金物在鈦喂料的生產(chǎn)過程中，建立了極其嚴(yán)格的控氧流程,。例如,，全流程惰性氣氛下操作、配備相關(guān)安全防護(hù)設(shè)施等,。

產(chǎn)品應(yīng)用范例
金物新材料現(xiàn)在提供的粉末產(chǎn)品最大客戶集中在鈦與鈦合金粉末的MIM 應(yīng)用,，眾所周知的鈦與鈦合金的幾項(xiàng)材質(zhì)優(yōu)勢包含：

• 低比重，密度僅為4.5g/cm3,，相比同性質(zhì)接近的不銹鋼316,，在相同體積比下的重量僅有56%；
• 高重量—強(qiáng)度比,，在相同形狀（體積相同）的扣具產(chǎn)品,，鈦合金展現(xiàn)的強(qiáng)度比不銹鋼316 更好，韌性和延展性更好；
• 耐化學(xué)腐蝕與高溫環(huán)境,，生物相容性更是所有金屬中最佳，植入物在人體內(nèi)可達(dá)20 年之久,。
  

鈦與鈦合金的難加工程度促進(jìn)了它在MIM工藝中的廣泛應(yīng)用,，并開始逐漸擴(kuò)展到激光粉末床熔融技術(shù)上。

△考慮鈦與鈦合金的操作安全,，MIM Extra® POM 基喂料產(chǎn)品是業(yè)界可以如方便面打開即用的安全喂料,。（左）MIMExtra®TC4塑基喂料；（右）經(jīng)過注射成型并脫脂燒結(jié)后,，在右端拋光的狗骨頭拉伸試棒

△德國Element22 GmbH 公司使用鈦與鈦合MIM 工藝制造的產(chǎn)品,。a 為工業(yè)零件；b 為醫(yī)療領(lǐng)域植入物及其他產(chǎn)品示例

△骨盆植入物

△髖臼杯

△顱骨植入物

△定制化活動支架

△椎間融合器

金物——金石為開
所謂道厚至金,、德厚載物,，這是江蘇金物新材料有限公司的座右銘，鈦與鈦合金是金物新材料的主力產(chǎn)品之外,，還包括高溫合金及高熵合金等金屬球形粉末的制備技術(shù),，為粉末冶金(PM)、金屬粉末注射成型(MIM) 以及增材制造粉體床(AM PBF) 等技術(shù)的金屬制品提供精密金屬粉末的高新技術(shù)企業(yè),。金物新材料由中國城建集團(tuán),、北京科技大學(xué)和江蘇中泰科技園的支持下，創(chuàng)新發(fā)展,，以期建成中國國內(nèi)最大的球形鈦合金,、高溫高熵合金粉末生產(chǎn)基地。

金物公司擁有教授,、碩士,、博士為主的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)（其中教授5 人、研究員級高工2 人,、博士8 人,、在學(xué)與畢業(yè)研究生20余人），金物新材料的團(tuán)隊(duì)致力于粉末冶金相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品的研究開發(fā)與創(chuàng)新,，開創(chuàng)了中國首家專注鈦合金粉末材料研發(fā),、生產(chǎn)及應(yīng)用的高新企業(yè)，勇為鈦與鈦合金時代的先驅(qū)者,。

人物介紹——王海英總經(jīng)理
北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)博士,，現(xiàn)任江蘇金物新材料有限公司總經(jīng)理。在北京科技大學(xué)師承郭志猛教授之粉末冶金專業(yè)學(xué)習(xí)多年,，最早于2000 年進(jìn)行金屬粉注射成型(MIM) 的研究工作,，畢業(yè)后先后就職于安泰科技股份有限公司、松下電器（中國）有限公司等；2014 年開始從事鈦合金粉末冶金相關(guān)技術(shù)的研究,，在氫化脫氫鈦粉的制備,、粉末冶金方法制備鈦合金以及粉末冶金鈦合金的熱變形等方面進(jìn)行了大量的深入研究工作，尤其在球形鈦合金粉末的制備技術(shù)上取得重大突破,，聯(lián)合創(chuàng)立江蘇金物新材料有限公司,，致力于增材制造(Additive Manufacturing, AM) 和MIM 用球形鈦合金粉末的生產(chǎn)和應(yīng)用推廣。

△江蘇金物新材料有限公司王海英總經(jīng)理,，致力于增材制造(AM) 和MIM 用球形鈦合金粉末的生產(chǎn)和應(yīng)用推廣