“鈦專家”江蘇金物：專注鈦金屬3D打印粉末及喂料

南極熊導讀：隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，材料科學領(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)域被廣泛應用。根據(jù)中國有色金屬協(xié)會鈦鋯鉿分會統(tǒng)計數(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、注射成型等先進制造技術(shù)的應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)計數(shù)據(jù)（2023年為預估）

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)，包括真空感應熔煉霧化（VIGA）和電極感應熔煉霧化（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)是利用高頻感應預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�；�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、細粉收得率高等特點。

△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，接下來計劃擴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
憑借十數(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)域具備獨特優(yōu)勢，使用特定參數(shù)打印產(chǎn)品精度更高，各項機械性能更優(yōu)，粉末可循環(huán)利用次數(shù)更多，可實現(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)生反應的金屬，氧元素的引入會導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)安全防護設(shè)施等。

產(chǎn)品應用范例
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 應用，眾所周知的鈦與鈦合金的幾項材質(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)的強度比不銹鋼316 更好，韌性和延展性更好；
• 耐化學腐蝕與高溫環(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20 年之久。
  

鈦與鈦合金的難加工程度促進了它在MIM工藝中的廣泛應用，并開始逐漸擴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、北京科技大學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)團隊（其中教授5 人、研究員級高工2 人、博士8 人、在學與畢業(yè)研究生20余人），金物新材料的團隊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
北京科技大學材料科學與工程專業(yè)博士，現(xiàn)任江蘇金物新材料有限公司總經(jīng)理。在北京科技大學師承郭志猛教授之粉末冶金專業(yè)學習多年，最早于2000 年進行金屬粉注射成型(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)和應用推廣