Analysis of titanium powder for additive manufacturing with ARL EQUINOX 100 XRD and ARL QUANT’X XRF Systems

Význam tématu

V aditivní výrobě kovových dílů umožňuje 3D tisk z prášků tvorbu vysoce složitých struktur, které jsou pro tradiční metody nedostupné. Kvalita vstupních prášků, zejména Ti6Al4V (TC4), je klíčová pro spolehlivost a mechanické vlastnosti hotových dílů, zejména v leteckém nebo lékařském průmyslu.

Cíle a přehled studie

Cílem práce je demonstrovat kombinované využití rentgenové difrakce (XRD) a rentgenové fluorescenční spektroskopie (EDXRF) pro komplexní kontrolu struktury, oxidace a chemického složení prášků TC4 určených pro aditivní výrobu.

Použitá metodika a instrumentace

• XRD: reflexní geometrie, Cu-Kα záření, 5 minut měření; analýza fází pomocí MDI JADE 2010 a databáze ICDD PDF4+.
• EDXRF: vzorky v kelímku s prolínovou fólií pod heliovou atmosférou; zařízení Thermo Scientific ARL QUANT’X se SDD detektorem a 50 W Rh/anodou provozovanou až na 50 kV; kvantifikace metodou fundamentálních parametrů se softwarem UniQuant.

Hlavní výsledky a diskuse

• XRD identifikovala pouze α-Ti fázi (Ti0.85Al0.15) a oxid vanadu V11O16, absence β-Ti naznačuje oxidaci Ti–V fáze.
• Scherrerova analýza odhadla velikost krystality (~18.8 nm pro slitinu, ~31.4 nm pro oxid vanadu), což je menší než velikost částic (20–60 µm), napovídá o agregaci krystalitů.
• EDXRF potvrdila hlavní prvky Ti, Al, V a odhalila zvýšené množství Fe (2.5 wt%) a Cr (1.0 wt%), které poukazují na křížovou kontaminaci; detekovány byly i další stopy prvků (Mg, Ni, Mo, Mn, Co, Cu, Zr, Sn).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje komplexní QA/QC prášků v aditivní výrobě:

• XRD poskytuje vhled do fází a krystalové struktury, odhaluje oxidaci.
• EDXRF nabízí přesnou a rozsáhlou kvantifikaci elementárního složení včetně stopových prvků bez nutnosti standardů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj přenosných XRD/XRF zařízení pro on-site monitoring výrobních procesů.
• Integrace pokročilých softwarových řešení a umělé inteligence pro automatizovanou analýzu dat.
• Rozšíření analýzy na další legované prášky a adaptace na online kontrolu v průběhu tisku.

Závěr

Kombinované využití XRD a EDXRF představuje efektivní přístup pro ověření kvality prášků TC4, přičemž obě metody se vzájemně doplňují v oblasti strukturní charakterizace a přesné kvantifikace složení.

Reference

• Welzmiller S., Lemberge P. Analysis of titanium powder for additive manufacturing with ARL EQUINOX 100 XRD and ARL QUANT’X XRF Systems. Thermo Fisher Scientific Application Note XR-AN41121; 2019.