“钛专家”江苏金物：专注钛金属3D打印粉末及喂料

南极熊导读：随着现代科技的不断进步，材料科学领域的创新成果不断推动着各个工业领域的发展。钛合金作为一种高比强度、耐腐蚀、更好人体相容性的合金材料，成为工程师和设计师们不可或缺的材料之一。

钛材料凭借着其卓越的物理性质，在航空航天、医疗器械、化工、海洋船舶等多个领域被广泛应用。根据中国有色金属协会钛锆铪分会统计数据，我国钛材料的产量近年来一直处于上升阶段。随着近年来增材制造、注射成型等先进制造技术的应用场景和案例不断增加，我国钛合金粉末的产量也快速增长。

△2022年我国钛加工材在不同领域用量占比

△数据来源：中国有色金属协会钛锆铪分会统计数据（2023年为预估）

联合气雾化制粉技术（IPCA）
目前，市场上的钛粉多是通过气雾化制粉技术生产，包括真空感应熔炼雾化（VIGA）和电极感应熔炼雾化（EIGA），此外还有等离子旋转电极雾化（PREP）和等离子熔丝雾化（PA）技术。南极熊获悉，来自江苏泰州的江苏金物新材料公司凭借着北京科技大学十余年的技术积累沉淀，自主研发出了一种名为“联合气雾化（IPCA）”的粉末制备技术，实现了高品质钛合金粉末的国产化替代，成为了行业内名副其实的“钛专家”。

△市面上的其他制粉技术

江苏金物新材所开发的联合气雾化（IPCA）粉末制备技术是利用高频感应预热与射频等离子体高温加热相结合，可以有效地改善对金属熔体的温度控制，获得的粉末具有更好的球形度和低孔隙率，确保低氧和低氮含量。基于自主研发的IPCA联合气雾化制粉技术，金物新材建设了规模化的钛合金制粉产线，有效提高了金属液化的过热度和加热效率，生产的粉末具有球形度高、卫星球和空心球少、细粉收得率高等特点。

△金物新材的联合气雾化（IPCA）粉末制备技术

金物公司目前的两大产品线包括速乐钛（钛粉末）和米创钛（钛喂料），其中，用于3D打印粒度的钛合金粉末产能达到300吨/年，MIM用钛合金喂料年产能60吨。同时为了满足日益增加的市场需求，接下来计划扩充球形钛合金粉末产能到600-800吨/年。

△金物新材10号IPCA联合气雾化生产系统

△金物新材的生产现场

粉末产品
凭借十数年的技术积累，江苏金物为航空航天、生物医疗及工业市场提供稳定可靠的钛合金球形粉末产品。金物的专利IPCA技术所生产的粉末具有非常好的球形度和极少卫星球，以及极低的空心率。此外，在制备过程中使用的高纯度氩气雾化粉末，确保产品的低氧和氮含量。整体而言，采用联合气雾化（IPCA）制粉技术生产的金属粉末材料具有以下优势：

• 粉末形貌更好：IPCA技术通过对熔体过热度的控制可以使粉末的球形度更好，减少椭圆形、水滴形粉末的产生，更好的球形度体现出更高的粉末松装密度，有利于3D打印件品质的提高和稳定。因此，金物钛合金球形粉末在高端医疗器械与骨科植入物领域具备独特优势，使用特定参数打印产品精度更高，各项机械性能更优，粉末可循环利用次数更多，可实现顾客高质量打印要求。
• 制备效率和成本：IPCA技术在生产成本上具有一定优势，有利于提高生产效率和降低制粉成本。
• 能耗和环保性：IPCA技术具有更高的生产效率和更低的环境影响，有助于减少废料和能源消耗，符合可持续发展的要求。金物更致力于循环利用回收废钛材料制粉，生产真正可量产的高品质球形钛合金粉末
  

目前，金物新材料拥有国内最齐全的球形粉末生产线与粉末产品，包含下列数种材料：
钛与钛合金：主要材质为纯钛（TA1 与TA2）、钛6 铝4 钒(TC4,Ti-6Al-4V grade 5 & grade 23)、TA15、TC11 等，并可根据客户订制要求生产专供其他钛合金料；

钛喂料产品
金物为注射成型制造厂商提供专业的金属注射成型专用钛及钛合金粉末及喂料产品，以广泛应用于汽车零部件，电子数码产品、手表、牙齿矫正支架、电子密封器等领域。在规模化提升生产效率，降低生产成本等方面做出持续努力。

钛是一种极易与氧发生反应的金属，氧元素的引入会导致钛合金制件性能变差。因此，在钛材的制备过程中控氧是十分关键的一个环节。针对控氧问题，金物在钛喂料的生产过程中，建立了极其严格的控氧流程。例如，全流程惰性气氛下操作、配备相关安全防护设施等。

产品应用范例
金物新材料现在提供的粉末产品最大客户集中在钛与钛合金粉末的MIM 应用，众所周知的钛与钛合金的几项材质优势包含：

• 低比重，密度仅为4.5g/cm3，相比同性质接近的不锈钢316，在相同体积比下的重量仅有56%；
• 高重量—强度比，在相同形状（体积相同）的扣具产品，钛合金展现的强度比不锈钢316 更好，韧性和延展性更好；
• 耐化学腐蚀与高温环境，生物相容性更是所有金属中最佳，植入物在人体内可达20 年之久。
  

钛与钛合金的难加工程度促进了它在MIM工艺中的广泛应用，并开始逐渐扩展到激光粉末床熔融技术上。

△考虑钛与钛合金的操作安全，MIM Extra® POM 基喂料产品是业界可以如方便面打开即用的安全喂料。（左）MIMExtra®TC4塑基喂料；（右）经过注射成型并脱脂烧结后，在右端抛光的狗骨头拉伸试棒

△德国Element22 GmbH 公司使用钛与钛合MIM 工艺制造的产品。a 为工业零件；b 为医疗领域植入物及其他产品示例

△骨盆植入物

△髖臼杯

△颅骨植入物

△定制化活动支架

△椎间融合器

金物——金石为开
所谓道厚至金、德厚载物，这是江苏金物新材料有限公司的座右铭，钛与钛合金是金物新材料的主力产品之外，还包括高温合金及高熵合金等金属球形粉末的制备技术，为粉末冶金(PM)、金属粉末注射成型(MIM) 以及增材制造粉体床(AM PBF) 等技术的金属制品提供精密金属粉末的高新技术企业。金物新材料由中国城建集团、北京科技大学和江苏中泰科技园的支持下，创新发展，以期建成中国国内最大的球形钛合金、高温高熵合金粉末生产基地。

金物公司拥有教授、硕士、博士为主的技术研发团队（其中教授5 人、研究员级高工2 人、博士8 人、在学与毕业研究生20余人），金物新材料的团队致力于粉末冶金相关技术及产品的研究开发与创新，开创了中国首家专注钛合金粉末材料研发、生产及应用的高新企业，勇为钛与钛合金时代的先驱者。

人物介绍——王海英总经理
北京科技大学材料科学与工程专业博士，现任江苏金物新材料有限公司总经理。在北京科技大学师承郭志猛教授之粉末冶金专业学习多年，最早于2000 年进行金属粉注射成型(MIM) 的研究工作，毕业后先后就职于安泰科技股份有限公司、松下电器（中国）有限公司等；2014 年开始从事钛合金粉末冶金相关技术的研究，在氢化脱氢钛粉的制备、粉末冶金方法制备钛合金以及粉末冶金钛合金的热变形等方面进行了大量的深入研究工作，尤其在球形钛合金粉末的制备技术上取得重大突破，联合创立江苏金物新材料有限公司，致力于增材制造(Additive Manufacturing, AM) 和MIM 用球形钛合金粉末的生产和应用推广。

△江苏金物新材料有限公司王海英总经理，致力于增材制造(AM) 和MIM 用球形钛合金粉末的生产和应用推广