Polvos de aleación de titanio contienen titanio como elemento principal combinado con otros metales como aluminio, vanadio o hierro. La composición de la aleación confiere propiedades mejoradas para usos aeroespaciales, médicos y otros.
Tipos de aleaciones de titanio en polvo
Formulaciones habituales de aleaciones de titanio en polvo:
| Aleación | Contenido | Otros elementos | Propiedades clave |
|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | 90% | 6% Al, 4% V | Alta resistencia, baja densidad |
| Ti-6Al-7Nb | 90% | 6% Al, 7% Nb | Biocompatibilidad, resistencia a la corrosión |
| Ti-10V-2Fe-3Al | 82% | 10% V, 2% Fe, 3% Al | Resistencia al calor, templado |
| Ti-3Al-2,5V | 93% | 3% Al, 2,5% V | Resistencia a temperaturas elevadas |
- El titanio aleado con aluminio, vanadio, hierro y niobio equilibra dureza, resistencia y densidad
- Elementos específicos que sintonizan propiedades mecánicas, físicas y biológicas para aplicaciones específicas
- Las mezclas optimizan el comportamiento a altas temperaturas, el rendimiento frente al desgaste, la soldabilidad, etc.
- El aluminio estabiliza la estructura cristalina del titanio para facilitar el trabajo; el vanadio aumenta la resistencia.
Así, las combinaciones a medida de metales en aleaciones de titanio consiguen propiedades funcionales específicas para cada aplicación.
Producción de aleaciones de titanio en polvo
Técnicas habituales para producir polvos de aleaciones de titanio:
| Método | Proceso | Descripción | Propiedades de las partículas |
|---|---|---|---|
| Atomización de gas | La corriente fundida choca con los chorros de gas | El enfriamiento rápido forma partículas esféricas | Excelente fluidez |
| Atomización por plasma | El plasma a alta temperatura funde las aleaciones | Producción de polvo esférico muy fino | Tamaños submicrónicos |
| Hidruro-dehidruro | Trituración en fase hidruro | Partículas quebradizas irregulares de hidruros | Flujo moderado |
| Aleación mecánica | Soldadura por deformación de partículas de polvo | Estructura compuesta de grano fino | Flujo deficiente |
- La atomización por gas y plasma genera polvos de aleación esféricos y finos adecuados para la fabricación aditiva
- El método hidruro-dehidruro tritura la frágil fase hidruro en pequeñas partículas
- La aleación mecánica suelda partículas más pequeñas en agregados compuestos mediante deformación
Así pues, diversas técnicas permiten adaptar el tamaño de las partículas, la forma y las microestructuras internas de las aleaciones de titanio.
Aplicaciones de Polvo de aleación de titanio
Los polvos de aleaciones de titanio permiten fabricar piezas de alto rendimiento en todos los sectores:
| Sector | Aplicación | Propiedades utilizadas |
|---|---|---|
| Aeroespacial | Palas de turbina, piezas de fuselaje | Alta resistencia específica |
| Industrial | Equipos de procesamiento de alimentos | Resistencia a la corrosión |
| Automoción | Bielas, válvulas | Resistencia al calor |
| Biomédica | Implantes, prótesis | Biocompatibilidad |
| Defensa | Materiales de blindaje | Protección balística |
| Fabricación aditiva | Piezas impresas en 3D | Imprimibilidad |
- La ligereza permite ahorrar combustible en aviones y vehículos con componentes de titanio
- Los implantes de aleación de titanio biológicamente neutros evitan el rechazo del cuerpo humano
- La resistencia a la corrosión se adapta a los productos químicos agresivos de las plantas industriales
- La aleación a medida crea grados de titanio para cada aplicación.
Así, los polvos de aleaciones de titanio a medida permiten la fabricación avanzada en diversos sectores industriales exigentes.
Especificación del polvo de aleación de titanio
Métricas clave de la calidad del polvo de aleación de titanio:
| Parámetro | Valores típicos | Método de ensayo |
|---|---|---|
| Composición de la aleación | Porcentaje de elementos en peso | Espectroscopia ICP |
| Distribución granulométrica | Gama y tamaño medio | Difracción láser |
| Densidad aparente | Hasta 85% de densidad real | Volúmetro Scott |
| Densidad del grifo | Hasta 95% de densidad real | Medido por golpeteo |
| Forma de las partículas | Esfericidad, suavidad | Imágenes SEM |
| Caudal de polvo | Ángulo de reposo, caudalímetro Hall | Embudos/recipientes de ensayo estándar |
- Los controles de composición confirman los porcentajes de titanio, aluminio, vanadio, etc.
- La distribución granulométrica garantiza la idoneidad para el proceso de fabricación previsto
- La densidad indica la eficacia del empaquetado y la porosidad
- La forma de las partículas afecta al rendimiento de la aplicación y a la manipulación del polvo
- Los caudales califican la idoneidad para el transporte y la dosificación automatizados
Así pues, estos parámetros ayudan a garantizar que el polvo de aleación de titanio adquirido cumple los requisitos de la aplicación.
Comparación de los tipos de polvo de aleación de titanio
¿Cómo son algunas aleaciones de titanio?
| Aleación | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-7Nb | Ti-10V-2Fe-3Al |
|---|---|---|---|
| Densidad | 4,43 g/cc | 4,52 g/cc | 4,38 g/cc |
| Resistencia a la tracción | 128 ksi | 126 ksi | 115 ksi |
| Módulo de Young | 16 msi | 10 msi | 15 msi |
| Temperatura máxima de servicio | 700°F | 750°F | 800°F |
| Biocompatibilidad | Moderado | Excelente | Pobre |
| Coste | Bajo | Alta | Moderado |
- Ti-6Al-4V es la aleación de titanio que combina rendimiento y coste.
- Las aleaciones de Nb y Ta ofrecen una biocompatibilidad superior para usos médicos
- Un mayor contenido de vanadio y Fe permite la estabilidad a temperaturas elevadas
- Las aleaciones que contienen aluminio tienen una mayor relación resistencia-peso
Así pues, cada formulación de aleación de titanio tiene propiedades ventajosas específicas para las aplicaciones de destino.
Proveedores de aleación de titanio en polvo
Principales productores mundiales de aleaciones de titanio en polvo:
| Empresa | Ubicación de la sede | Grados disponibles | Capacidad de producción |
|---|---|---|---|
| ATI Polvos Metálicos | US | Ti-6Al-4V, aleaciones especiales | 5.000 toneladas/año |
| Tekna | Canadá | Ti-6Al-4V y otros | No publicado |
| Grupo Hoganas | Suecia | Ti-6Al-4V | 3.000 toneladas/año |
| TLS Técnica | Alemania | TiAl, TiAlNb, polvos de Ti | No publicado |
| CNPC POLVO | China | Ti-6Al-4V, TiAl | 10.000 toneladas/año |
- La empresa estadounidense ATI Powder Metals es líder mundial en la producción de aleaciones de titanio en polvo.
- El grupo sueco Hoganas también fabrica una cantidad importante de polvo de titanio.
- China acoge a varios grandes fabricantes de polvo de aleación de titanio que buscan exportaciones mundiales
- En la creciente industria del polvo de titanio también participan actores más pequeños
Así pues, la capacidad de suministro sigue aumentando para satisfacer la creciente demanda de aleaciones de titanio.
Polvo de aleación de titanio Precios
Precios aproximados del polvo de aleación de titanio:
| Aleación | Precio por kg | Gama de tamaños de partículas |
|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | $50 – $150 | 15 a 120 micras |
| Ti-6Al-7Nb | $250 – $500 | 5 a 45 micras |
| Ti-10V-2Fe-3Al | $75 – $200 | 15 a 63 micras |
| Ti-3Al-2,5V | $100 – $150 | De 45 a 150 micras |
- Los precios dependen en gran medida de los volúmenes de compra y de las características de la distribución granulométrica.
- Las aleaciones especializadas y los grados médicos finos alcanzan precios más altos
- El Ti-6Al-4V se produce de forma más económica a escala industrial
- Los contratos de más de 5-10 toneladas se benefician de descuentos
Así pues, el polvo de aleación de titanio sigue siendo relativamente caro, lo que limita sus aplicaciones principalmente a los sectores aeroespacial y de defensa.
Polvos de aleación de titanio Preguntas frecuentes
| Pregunta | Respuesta |
|---|---|
| ¿De qué colores pueden ser las aleaciones de titanio? | El gris natural es el más común. También se aplican tratamientos superficiales de coloración. |
| ¿Necesitan los polvos una manipulación especial? | Se aconseja la protección con gas inerte para evitar la oxidación durante la manipulación. |
| ¿Es posible la pulverización en frío con estos polvos? | Sí, la deformación de las partículas permite recubrimientos de alta adherencia. |
| ¿Las aleaciones de titanio son amagnéticas? | Sí, todos los grados tienen una permeabilidad magnética muy baja. |
| ¿Pueden enviarse estos polvos por vía aérea de forma segura? | Sí, no hay restricciones de transporte excepto para polvos reactivos muy finos. |
Así pues, los polvos de aleaciones de titanio se prestan bien a la mayoría de las operaciones de manipulación, tratamiento y recubrimiento de polvos metálicos.
Conclusión
En resumen, el polvo de aleación de titanio ofrece la flexibilidad de diseño necesaria para equilibrar densidad, resistencia, módulo y biocompatibilidad con los requisitos de ingeniería avanzada de todos los sectores. Las técnicas de fabricación permiten adaptar las características de las partículas. La formulación de la aleación permite ajustar las propiedades a medida. A pesar de los precios relativamente altos, superiores a $50/kg, el polvo de aleación de titanio ofrece un mayor rendimiento en aplicaciones de defensa, médicas, aeroespaciales y de automoción, donde el rendimiento de los componentes prevalece sobre las consideraciones de coste.
