Synthesis of titanium-based powders from machining waste by using the hydrogenation-dehydrogenation method

Abstract

Sustainability and recycling activities have gained importance in almost every field all over the world. Many studies are conducted to recycle titanium and titanium alloys owing to their outstanding properties like low density, biocompatibility, corrosion resistance, and high strength-to-weight ratio. Although they offer superior properties, their usage is limited due to their high production cost and potential to generate waste, and therefore, recycling activities in this area should be expanded using an appropriate method. Cold hearth melting, vacuum arc re-melting, and hydrogenation and dehydrogenation process are widely used for recycling titanium scraps in industry. Among them, the hydrogenation and dehydrogenation (HDH) process has a significant environmental and economic impact. In this thesis, titanium powders were synthesized from additive manufacturing turnings. Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo turnings were used as starting materials on which HDH characteristics were not investigated in the literature. Both hydrogenation and dehydrogenation parameters were studied to reach optimum conditions. Our results revealed that hydrogenation was accomplished at 500 °C for 120 minutes with 5 °C/minute heating rate. The optimum dehydrogenation condition was found at 600 °C for 90 minutes. Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo powder with average 56 μm particle size was synthesized; however, hydrogen and oxygen concentrations in the powder were not at the desired level and non-spherical shaped powders were produced end of the process.

Sürdürülebilirlik ve geri dönüşüm faaliyetleri tüm dünyada hemen her alanda önem kazanmıştır. Düşük yoğunluk, biyouyumluluk, korozyon direnci ve yüksek mukavemet/ağırlık oranı gibi üstün özelliklerinden dolayı titanyum ve titanyum alaşımlarının geri dönüşümü için birçok çalışma yapılmaktadır. Üstün özellikler sunmalarına rağmen, yüksek üretim maliyetleri ve atık üretme potansiyelleri nedeniyle titanyum ve alaşımlarının kullanımları sınırlıdır ve bu nedenle bu alandaki geri dönüşüm faaliyetleri uygun bir yöntemle yaygınlaştırılmalıdır. Soğuk ocak eritme, vakum ark yeniden eritme ve hidrojenasyon ve dehidrojenasyon prosesleri, endüstride titanyum atıklarının geri dönüştürülmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar arasında hidrojenasyon ve dehidrojenasyon (HDH) prosesinin büyük bir çevresel ve ekonomik etkisi vardır. Bu tezde, eklemeli imalat atıklarından titanyum tozları sentezlendi. Literatürde HDH özellikleri araştırılmayan Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo atıkları başlangıç malzemesi olarak kullanılmıştır. Optimum koşullara ulaşmak için hem hidrojenasyon hem de dehidrojenasyon parametreleri incelenmiştir. Sonuçlarımız hidrojenasyonun 500 °C'de 120 dakika boyunca 5 °C/dakika ısıtma hızıyla gerçekleştirildiğini ortaya koydu. Optimum dehidrojenasyon koşulu 600 °C'de 90 dakika olarak bulundu. Ortalama 56 μm tanecik boyutuna sahip Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo tozu sentezlendi; ancak tozdaki hidrojen ve oksijen konsantrasyonları istenilen düzeyde değildi ve işlem sonunda küresel olmayan tozlar üretildi.