Visión general
El polvo de titanio es un material metálico versátil valorado por su combinación única de alta resistencia, baja densidad, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad. Como polvo, el titanio facilita técnicas avanzadas de fabricación como el moldeo por inyección de metal (MIM), la fabricación aditiva (AM), el prensado isostático en caliente (HIP) y el prensado y sinterizado pulvimetalúrgico (PM) para crear componentes complejos de titanio.
Entre las principales aplicaciones del polvo de titanio se encuentran los componentes aeroespaciales, los implantes médicos, las piezas de automoción, el equipamiento deportivo, el procesamiento químico y los productos de consumo. Esta guía ofrece una visión completa del titanio en polvo, incluyendo métodos de producción, composiciones de aleación, características, propiedades, especificaciones, aplicaciones y proveedores mundiales. Su objetivo es ayudar a ingenieros, diseñadores de productos y directores de programas técnicos a seleccionar y utilizar polvos de titanio.
Producción de polvo de titanio
El polvo de titanio se produce utilizando los siguientes métodos primarios:
Métodos de producción de polvo de titanio
- Atomización de gases - El gas inerte a alta presión desintegra el titanio fundido en polvo esférico
- Atomización por plasma - Los arcos de electrodos de titanio crean polvo esférico ultrafino
- Hidridación/Deshidridación - El polvo de hidruro de titanio (TiO2) se deshidrata en polvos finos
- Fresado mecánico - El fresado de bolas descompone las virutas de titanio en partículas irregulares
- Esferoidización del plasma - Polvo irregular fundido en plasma para producir formas esféricas
La atomización con gas y la molienda mecánica son las más comunes, creando formas de polvo esféricas y angulares respectivamente. El cribado, acondicionamiento y mezcla adicionales crean distribuciones granulométricas específicas para cada aplicación.
Composición del polvo de titanio
Aunque comercialmente puro polvos de titanio están disponibles, la mayoría de los polvos para usos industriales contienen pequeñas cantidades de elementos de aleación:
Composiciones comunes de polvo de titanio
| Aleación | Elementos de aleación primarios | Características principales |
|---|---|---|
| CP Titanio | 99,5%+ Ti | Excelente resistencia a la corrosión |
| Ti-6Al-4V | 6% Al, 4% V | Alta resistencia, tratable térmicamente |
| Ti-6Al-7Nb | 6% Al, 7% Nb | Alta resistencia, biocompatible |
| Ti-555 | 5% Al, 5% Mo, 5% V | Tratable térmicamente, mecanizable |
| Ti-1023 | 10% V, 2% Fe, 3% Al | Alta resistencia, buena ductilidad |
El aluminio, el vanadio y el niobio son adiciones comunes para mejorar la resistencia y la trabajabilidad. También aparecen trazas de boro, carbono, hierro y oxígeno.
La aleación adapta la microestructura, la dureza, la maquinabilidad y otras propiedades, al tiempo que mantiene una excelente resistencia a la corrosión.
Características de los polvos de titanio
Las principales características del polvo de titanio son:
Características del titanio en polvo
| Característica | Valores típicos | Significado |
|---|---|---|
| Tamaño de las partículas | 10 - 150 micras | Comportamiento de sinterización, acabado superficial |
| Forma de las partículas | Esférico, angular, dendrítico | Flujo de polvo y densidad de empaquetamiento |
| Densidad aparente | 1,5 - 4,0 g/cc | Comportamiento de presión y manipulación |
| Densidad del grifo | 2,5 - 4,5 g/cc | Indicador de compresibilidad |
| Caudal Hall | 25 - 35 s/50g | Fluidez del polvo |
| Pérdida en el encendido | 0,1 - 0,5 wt% | Contenido de oxígeno y humedad |
| Piroforicidad | Ninguno | Precauciones de inflamabilidad y manipulación |
La distribución del tamaño de las partículas y la forma del polvo influyen significativamente en el flujo del polvo, la compactación, la respuesta de sinterización y la densidad de las piezas prensadas y sinterizadas. La densidad aparente indica la compresibilidad del polvo.
Propiedades de Titanio en polvo
Entre las propiedades clave del polvo de titanio se incluyen:
Propiedades del titanio en polvo
| Propiedad | Ti puro | Ti-6Al-4V | Ti-6Al-7Nb |
|---|---|---|---|
| Densidad | 4,5 g/cc | 4,43 g/cc | 4,52 g/cc |
| Resistencia a la tracción | 240 MPa | 930 MPa | 900 MPa |
| Límite elástico | 170 MPa | 860 MPa | 825 MPa |
| Alargamiento | 24% | 10% | 15% |
| Módulo elástico | 102 GPa | 114 GPa | 105 GPa |
| Dureza | 80 HB | 334 HB | 321 HB |
| Capacidad calorífica | 522 J/kg-K | 526 J/kg-K | 527 J/kg-K |
| Conductividad térmica | 7,2 W/m-K | 7,2 W/m-K | 6,7 W/m-K |
La aleación con aluminio, vanadio y niobio aumenta significativamente la resistencia y la dureza. Las propiedades específicas dependen en gran medida de la microestructura final.
Aplicaciones del polvo de titanio
Las principales aplicaciones del polvo de titanio son:
Aplicaciones del titanio en polvo
| Industria | Utiliza | Razones clave |
|---|---|---|
| Aeroespacial | Componentes estructurales, álabes de turbina, elementos de fijación | Elevada relación resistencia/peso |
| Médico | Implantes ortopédicos, implantes dentales, herramientas quirúrgicas | Biocompatibilidad, resistencia a la corrosión |
| Automoción | Bielas, válvulas, resortes, sujetadores. | Ligereza, rendimiento |
| Química | Depósitos, tuberías, válvulas, bombas | Resistencia a la corrosión |
| Artículos deportivos | Palos de golf, bicicletas, cascos | Resistencia, propiedades mecánicas adaptadas |
| Petroquímica | Herramientas de fondo de pozo, piezas de cabeza de pozo | Solidez, resistencia a la corrosión |
Las propiedades únicas del titanio lo hacen atractivo para reducir el peso de los componentes aeroespaciales y mantener al mismo tiempo la integridad mecánica en entornos extremos.
Su excelente biocompatibilidad y resistencia a la corrosión impulsan su uso en implantes ortopédicos y dentales. La capacidad de adaptar las propiedades del titanio facilita la fabricación de artículos deportivos con características de rendimiento especializadas.
Especificaciones de los polvos de titanio
La composición y la calidad del polvo de titanio se definen en diversas especificaciones estándar:
Normas para el polvo de titanio
| Estándar | Alcance | Tamaño de las partículas | Pureza | Química |
|---|---|---|---|---|
| ASTM B348 | Polvo de Ti no aleado de grado 1-4 | -635 malla | 99,5%, 99,9%, 99,95% Ti | Límites O, C, N, H |
| ASTM B801 | Polvo de aleación Ti-6Al-4V | -635 malla | Rangos de composición de Ti, Al, V | Límites intersticiales |
| ISO 23301 | Fabricación aditiva Polvo de Ti | 10-45 micras | 99,5%+ Ti | Límites O, N, C, H, Fe |
| AMS 4992 | Polvo de Ti-6Al-4V de calidad aeroespacial | -150 mallas | Rangos de composición de Ti, Al, V | Límites intersticiales |
En ellos se definen los niveles aceptables de adiciones de aleación, impurezas como oxígeno/nitrógeno/carbono, distribuciones granulométricas y otros métodos de ensayo pertinentes para las distintas aplicaciones.
Proveedores globales de Titanio en polvo
Muchas grandes empresas producen titanio en polvo, junto con pequeños fabricantes regionales:
Fabricantes de polvo de titanio
| Proveedor | Métodos de producción | Materiales | Capacidades |
|---|---|---|---|
| ATI Metales | Atomización de gas | Ti-6Al-4V, Ti-1023, Ti puro | Amplia gama de aleaciones, grandes volúmenes |
| Praxair | Atomización de gas | Ti-6Al-4V, CP Ti | Lotes pequeños, entrega rápida |
| Aditivo para carpinteros | Atomización de gas, hidruro-dehidruro | Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti puro | Aleaciones personalizadas, lotes pequeños |
| AP&C | Atomización por plasma | CP Ti, aleaciones de Ti | Polvo ultrafino de 10-45 micras |
| Tekna | Esferoidización del plasma | Ti-6Al-4V, CP Ti | Convertir virutas en polvo esférico |
| Baoji Hanz Titanio | Hidridación | CP Ti, Ti-6Al-4V | Bajo costeProductor chino |
Muchos suministran composiciones de aleación estándar y personalizadas. Algunas se encargan del tratamiento de chatarra y virutas para convertirlas en polvo.
Selección del polvo de titanio
Las consideraciones clave para seleccionar el polvo de titanio incluyen:
- Composición de la aleación - Equilibra las propiedades deseadas como resistencia, ductilidad, dureza
- Nivel de pureza - Afecta a las propiedades mecánicas y a la microestructura
- Tamaño y forma de partícula. - Influye en la fluidez del polvo, la densidad y el acabado superficial
- Densidad aparente y de toma - Indica la compresibilidad y la respuesta de sinterización
- Compatibilidad química - Para condiciones de servicio como ácidos o agua salada
- Procedimientos de muestreo - Pruebas representativas de lotes de polvo
- Certificaciones de calidad - ISO 9001, AS9100, etc.
- Conocimientos técnicos del productor de polvo
La construcción de muestras y prototipos ayuda a cualificar nuevas aleaciones y polvos para una aplicación determinada. Trabajamos en estrecha colaboración con proveedores de confianza para obtener polvo de titanio bien caracterizado y obtener resultados óptimos.
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Cuál es la ventaja del polvo de titanio atomizado por plasma?
La atomización por plasma produce partículas muy esféricas y fluidas de un tamaño típico de 10-45 micras. Esto permite una densidad de sinterización y un acabado superficial excelentes.
¿Por qué es pirofórico el polvo de titanio?
Los polvos pirofóricos de titanio se inflaman espontáneamente en el aire. Esto se debe al tamaño extremadamente pequeño de las partículas, inferior a 10 micras, que aumenta considerablemente la superficie y la reactividad. Utilice gas inerte para manipular los polvos pirofóricos.
¿Cómo influye la forma de las partículas en las propiedades del polvo de titanio?
El polvo esférico fluye bien y proporciona una densidad y unas propiedades mecánicas mayores y más uniformes. El polvo irregular ofrece mejor resistencia en verde y compresibilidad, pero una contracción menos predecible.
¿Qué tratamiento posterior puede mejorar la reutilización del polvo de titanio?
El cribado, la molienda y los tratamientos térmicos permiten reutilizar los polvos fuera de especificación. La esferoidización por plasma convierte las virutas y las partículas más gruesas en polvo esférico.
¿Qué normas se aplican a la fabricación aditiva de piezas de titanio?
ASTM F3001-14 cubre la caracterización y el control de calidad del polvo de aleación de Ti para AM. ASTM F2924-14 proporciona métodos de ensayo estándar para evaluar las propiedades mecánicas del titanio para AM.
¿Se puede imprimir en 3D una estructura compuesta de titanio y acero?
Sí, algunos procesos de impresión 3D de metales realizan la transición entre aleaciones de titanio y acero inoxidable dentro de una misma pieza mediante el cambio preciso de material para construir componentes bimetálicos.
Conclusión
El polvo de titanio ofrece a los ingenieros una gran flexibilidad para construir componentes de alto rendimiento gracias a las propiedades únicas de este metal. Una cuidadosa selección de las características del polvo y una estrecha colaboración con proveedores experimentados permiten obtener resultados óptimos en muchas aplicaciones críticas. Los avances continuos siguen ampliando las capacidades, la calidad y la rentabilidad de los procesos pulvimetalúrgicos del titanio.
