Polvo de titanio HDH

El polvo de titanio producido mediante el proceso Armstrong, también conocido como polvo de titanio HDH (hidruro-dehidruro), es un polvo de titanio de gran pureza que se utiliza en diversos sectores. Este artículo ofrece una descripción técnica completa de Polvo de titanio HDHincluyendo sus propiedades, proceso de fabricación, aplicaciones, especificaciones, pautas de selección, proveedores, etc.

Introducción al polvo de titanio HDH

El polvo de titanio HDH está compuesto casi en su totalidad por titanio metálico, con bajo contenido en oxígeno y hierro. Tiene un alto grado de esfericidad y fluidez. A continuación se resumen las principales propiedades y características del polvo de titanio HDH:

Cuadro 1. Descripción general del polvo de titanio HDH

Propiedades	Detalles
Composición	≥99.5% titanio
Impurezas	Poco oxígeno, hierro, nitrógeno, carbono e hidrógeno
Forma de las partículas	Muy esférica
Distribución granulométrica	Normalmente 10-45 μm
Densidad aparente	2,2-2,7 g/cm3
Densidad del grifo	3,0-3,7 g/cm3
Caudal	25-35 s/50g
Color	Gris oscuro

La alta pureza y la morfología esférica hacen que el polvo HDH sea adecuado para la fabricación aditiva, el moldeo por inyección de metales, el prensado y la sinterización, la pulverización térmica, la soldadura y otras fabricaciones que requieren alta densidad y calidad.

Principales ventajas frente a otras variedades de polvo de titanio:

• Mayor pureza con menos elementos intersticiales
• Mayor fluidez gracias a su forma esférica
• Mejor densidad de empaquetamiento y sinterabilidad
• Excelentes propiedades mecánicas
• Buena estabilidad química a altas temperaturas

Sin embargo, el polvo de HDH puede ser más caro que el de otras variedades debido al extenso procesamiento necesario para alcanzar los niveles de pureza.

Proceso de fabricación

Polvo de titanio HDH se produce mediante el proceso Armstrong, que consta de varias etapas:

1. Fusión: Los lingotes de titanio comercialmente puro se funden en forma líquida. Las materias primas habituales son la esponja de titanio, la chatarra y los lingotes de aleación.

2. Hidridación: El titanio fundido reacciona con el gas hidrógeno para producir hidruro de titanio (TiH2). El enfriamiento y la trituración crean trozos quebradizos de hidruro de titanio.

3. Deshidratación: El TiH2 se trata al vacío a temperaturas superiores a 600°C, descomponiéndolo de nuevo en polvo de titanio y liberando hidrógeno. Este polvo tiene un alto contenido en oxígeno.

4. Depuración al vacío: Se utilizan múltiples ciclos de destilación al vacío para reducir los niveles de oxígeno, nitrógeno e hidrógeno a ≤0,2%, consiguiendo polvo de titanio HDH de gran pureza.

El proceso HDH permite un control preciso de las características del polvo, como la distribución del tamaño de las partículas, la morfología, el nivel de pureza y la microestructura. El polvo puede adaptarse a los requisitos de la aplicación.

Tabla 2. Visión general de la fabricación de polvo de titanio HDH

Escenario	Detalles
Fundición	Lingotes fundidos en forma de titanio líquido
Hidridación	El titanio líquido reacciona con el hidrógeno para formar hidruro de titanio (TiH2)
Deshidratación	TiH2 descompuesto en polvo de titanio al vacío a >600°C
Depuración al vacío	Múltiples ciclos de destilación al vacío para reducir las impurezas

Composición y propiedades

El polvo de titanio HDH contiene titanio ≥99,5% con bajos niveles de impurezas, como se destaca en la tabla de composición que figura a continuación:

Tabla 3. Composición típica del polvo de titanio HDH

Elemento	Peso %
Titanio (Ti)	≥ 99.5
Oxígeno (O)	≤ 0.13
Carbono (C)	≤ 0.08
Nitrógeno (N)	≤ 0.05
Hidrógeno (H)	≤ 0.015
Hierro (Fe)	≤ 0.20

La pureza, la morfología esférica y la pequeña distribución del tamaño de las partículas dan como resultado unas propiedades excepcionales que hacen que el polvo HDH sea adecuado para diversas aplicaciones avanzadas:

Tabla 4. Propiedades del polvo de titanio HDH

Propiedad	Detalles
Forma de las partículas	Morfología muy esférica
Distribución granulométrica	Normalmente 10-45 μm
Densidad aparente	2,2-2,7 g/cm3
Densidad del grifo	3,0-3,7 g/cm3
Caudal	25-35 s/50g
Pureza	Contenido de titanio ≥99,5%
Contenido de oxígeno	≤0.13%

Sus propiedades, como una mayor fluidez, mayor densidad de toma y pureza, permiten su uso en la fabricación aditiva, la producción de piezas pulvimetalúrgicas, la pulverización térmica y otras aplicaciones.

Clasificación y especificaciones

Polvo de titanio HDH está disponible en una gama de distribuciones granulométricas clasificadas en finas, medias y gruesas. Las más finas son más sinterizables, mientras que las más gruesas mejoran la fluidez.

Cuadro 5. Clasificación del polvo de titanio HDH según el tamaño de las partículas

Grado	Tamaño de las partículas (μm)	Uso típico
Fino	10-25 μm	Fabricación aditiva, prensado y sinterizado
Medio	25-45 μm	Prensado y sinterizado, proyección térmica
Grueso	45-106 μm	Proyección térmica, soldadura

Especificaciones comunes según las normas establecidas:

• ASTM B299: Especificación para formas pulvimetalúrgicas de titanio
• ASTM B817: Especificación para componentes de impulsores de aleación de titanio pulvimetalúrgicos.
• ISO 23301: Materiales y productos de titanio sinterizado para implantes quirúrgicos

El polvo de titanio HDH también puede personalizarse según los requisitos de la aplicación en cuanto a distribución granulométrica, morfología, niveles de impurezas y otros atributos.

Aplicaciones y usos

Las propiedades únicas del polvo de titanio HDH de alta pureza lo hacen adecuado para las siguientes aplicaciones avanzadas en todos los sectores industriales:

Cuadro 6. Aplicaciones y usos del polvo de titanio HDH

Industria	Aplicaciones
Fabricación aditiva	Impresión 3D de piezas de titanio de uso final con geometría compleja
Pulvimetalurgia	Prensado y sinterización para crear componentes con forma de red, como impulsores
Rociado térmico	Revestimientos resistentes al desgaste y la corrosión
Moldeo por inyección de metales	Piezas pequeñas y complejas como cierres, engranajes
Soldadura	Excelente soldabilidad para la soldadura por fusión de titanio
Aeroespacial	Componentes de motores, fuselajes, turbinas
Médico	Implantes, instrumental quirúrgico
Automoción	Válvulas, bielas, muelles

La gran pureza, la morfología esférica y la buena fluidez del polvo HDH lo convierten en una opción excelente para piezas pequeñas y complejas con elevados requisitos de calidad. Sus excelentes propiedades mecánicas, como la solidez y la resistencia a la corrosión, amplían las posibilidades de aplicación en todos los sectores.

Las piezas de titanio HDH ofrecen el equilibrio perfecto entre solidez, ligereza, resistencia a la corrosión, resistencia a la fatiga y biocompatibilidad, lo que las convierte en la mejor opción frente al acero inoxidable o las aleaciones de cobalto para componentes críticos de los sectores aeroespacial, automoción, petróleo y gas, químico y médico.

Comparación con otros polvos de titanio

El titanio HDH proporciona una fluidez, densidad y pureza del polvo significativamente mejores que otras variedades de titanio en polvo disponibles en el mercado.

Tabla 7. Comparación del polvo de titanio HDH con otros tipos

Parámetro	Polvo de titanio HDH	Plasma Atomizado	Gas atomizado (GA)
Forma de las partículas	Muy esférica	Áspero, irregular	Redondeado
Fluidez	Excelente	Bajo	Moderado
Pureza	≥99.5% titanio	≤98% titanio	≤98% contenido en titanio
Contenido de oxígeno	≤0.13%	0.18-0.35%	0.15-0.30%
Coste	Alta	Bajo	Moderado

Aunque los polvos de titanio atomizados por plasma y por gas pueden ofrecer ventajas en cuanto a costes, el polvo HDH es muy superior a la hora de cumplir los requisitos de aplicaciones críticas como implantes médicos, componentes aeroespaciales, etc., donde las normas de calidad son mucho más estrictas.

Directrices de selección

Consideraciones clave para seleccionar el polvo de titanio de grado HDH:

Cuadro 8. Polvo de titanio HDH directrices de selección

Parámetro	Directrices
Tamaño de las partículas	Adaptación a los requisitos del proceso de fabricación y a las dimensiones de la pieza
Forma de las partículas	Se prefiere la forma esférica por su fluidez
Niveles de pureza	≥ 99,5% contenido de titanio en función de la aplicación.
Oxígeno/nitrógeno	Ultra bajo ≤ 0,13% de oxígeno para las propiedades mecánicas.
Proveedor	Proveedor reputado que cumple las normas internacionales de calidad

Trabajar con los productores de polvo para personalizar las propiedades del polvo HDH, como la distribución del tamaño de las partículas, la morfología, la densidad y los niveles de impurezas, en función de los requisitos de la aplicación final.

Las calidades más finas de 10-25 μm son adecuadas para componentes pequeños y complejos. Las calidades más gruesas de 45-106 μm son las preferidas para revestimientos por proyección térmica.

PREGUNTAS FRECUENTES

1. Qué es el polvo de titanio HDH?

El polvo de titanio HDH es un polvo de titanio de grado fino producido mediante el proceso de hidruro-deshidruro (HDH). Es un material de partida habitual para la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D.

2. ¿Cómo se produce el polvo de titanio HDH?

El proceso HDH implica la hidrogenación de la esponja de titanio, seguida de su deshidrogenación. Este proceso da lugar a la formación de polvo de titanio con las características deseadas.

3. ¿Cuáles son las aplicaciones del polvo de titanio HDH?

El titanio en polvo HDH se utiliza en diversas aplicaciones, como la industria aeroespacial, los implantes médicos, las piezas de automóvil y el equipamiento deportivo. Es especialmente apreciado por sus propiedades de ligereza y alta resistencia.

4. Cuáles son las ventajas de utilizar polvo de titanio HDH en la fabricación aditiva?

El polvo de titanio HDH es el preferido en la fabricación aditiva por sus excelentes características de fluidez y empaquetamiento, que lo hacen adecuado para crear componentes impresos en 3D intrincados y complejos.

5. ¿Qué tamaños de partículas están disponibles para el polvo de titanio HDH?

El polvo de titanio HDH está disponible en diversas distribuciones de tamaño de partícula, que suelen oscilar entre unos pocos micrómetros y varias decenas de micrómetros, en función de los requisitos específicos de la aplicación.

conocer más procesos de impresión 3D

Additional FAQs about HDH Titanium Powder (5)

1) What O, N, H limits should I target for AM vs MIM using HDH titanium powder?

• For LPBF/EBM: O ≤ 0.12 wt%, N ≤ 0.03 wt%, H ≤ 0.015 wt% to protect ductility and LCF. For MIM/press-sinter: O ≤ 0.15 wt% is often acceptable, but medical devices typically require tighter: O ≤ 0.10 wt%, N ≤ 0.03 wt%.

2) Can HDH titanium powder be reused in LPBF like gas-atomized powder?

• Yes, with discipline. Sieve to the original PSD window each cycle, track oxygen pickup and fines growth, blend 10–30% virgin powder when O exceeds control limits, and cap reuse based on coupon density/UTS/elongation and CT porosity.

3) How does HDH powder’s irregular microtexture affect printing compared to gas-atomized powder?

• Modern HDH can be highly spherical, but surface micro-roughness is typically higher than GA. This can reduce flowability margin and increase spatter risk if fines are elevated. Tight PSD, low satellites, humidity control, and optimized recoating mitigate differences.

4) Is HDH titanium powder suitable for medical implants?

• Yes, if it meets implant standards and cleanliness. Verify chemistry, interstitials, inclusion/contaminant screening, and biocompatibility per ISO 10993, and ensure supplier holds ISO 13485 or equivalent controls. Powder and process must meet ISO 5832-2/3 or ASTM F67/F136 (material-dependent).

5) What storage and handling practices preserve HDH titanium powder quality?

• Store in sealed, inert-gas containers at RH <10%, 15–25°C. Avoid repeated thermal cycling. Use antistatic tools/liners, grounded equipment, oxygen and humidity monitoring, and dedicated sieves/handling to prevent cross-contamination.

2025 Industry Trends for HDH Titanium Powder

• Cleanliness upgrades: More producers implement advanced deoxidation and vacuum refining, pushing O down to 0.08–0.10 wt% for AM-grade HDH titanium powder.
• Inline PSD/shape control: Dynamic image analysis and laser diffraction at classification tighten D90 tails, improving LPBF spreadability.
• Medical traceability: Implant supply chains expand CoA scope (O/N/H, PSD, BET, endotoxin/bioburden screens) and lot genealogy.
• Sustainability: Increased recycled Ti feed and energy recovery in hydride/dehydride steps; suppliers begin issuing Environmental Product Declarations (EPDs).
• Cost stability: Diversified sponge/revert inputs and regional capacity reduce lead time and price volatility versus gas-atomized grades.

2025 snapshot: HDH titanium powder quality and supply metrics

Métrica	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Oxygen (AM-grade, wt%)	0.10–0.14	0.09–0.12	0.08–0.11	Supplier LECO data
Typical PSD for LPBF (μm)	15–53	15–45	10–45	Narrower tails for spreadability
Flow rate (Hall, s/50 g)	27–35	25–33	24–32	Process control, sphericity
CoAs including DIA shape metrics (%)	30–45	45–60	55–70	requisitos de los fabricantes de equipos originales (OEM)
Lead time, medical grade (weeks)	6–10	6–9	5-8	Added classification capacity
Price premium vs GA Ti64 (×)	0.9–1.2	0.9–1.1	0.85–1.1	Regional variance

References: ASTM F67/F136, ISO 5832, ISO/ASTM 52907 (feedstock), ASTM B822/B213/B212/B527, ASTM E1409/E1019 (O/N/H), ISO 10993; standards bodies and industry briefs: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Narrowing PSD Tails to Improve LPBF Yield with HDH Ti (2025)
Background: A medical OEM saw recoater streaks and porosity spikes using 10–53 μm HDH TiCP powder.
Solution: Tightened classification to 10–45 μm, implemented dynamic image analysis for sphericity control, and inert closed-loop handling with O2/RH logging.
Results: As-built density rose from 99.3% to 99.7%; surface defect rate −36%; oxygen pickup per reuse cycle −28%; support removal time −12%.

Case Study 2: MIM of 17-4PH/Ti hybrid assemblies using HDH Ti (2024)
Background: A surgical instruments supplier needed weight reduction while maintaining joint integrity.
Solution: Used HDH Ti (D50 ≈ 22 μm, O = 0.10 wt%) in PEG/PP binder with water debind; co-sintered with 17-4PH insert using tailored atmosphere and interlayer braze foil.
Results: Final Ti density 98.6% (Archimedes), joint shear +22% vs baseline fasteners, part mass −18%, unit cost −11% after yield improvements.

Opiniones de expertos

• Prof. Randall M. German, MIM and PM authority, Emeritus
  Key viewpoint: “For HDH titanium powder, solids loading and interstitial control dominate final properties—tight feedstock rheology and oxygen limits are essential for predictable shrinkage and ductility.”
• Dr. Susmita Bose, Regents Professor of Materials Science, Washington State University
  Key viewpoint: “Implant-grade HDH titanium demands rigorous cleanliness—beyond O/N/H, particulate and endotoxin controls with robust traceability build clinical confidence.”
• Marco Cusin, Head of Additive Manufacturing, GKN Powder Metallurgy
  Key viewpoint: “Dynamic image analysis belongs on the CoA—shape metrics tied to flow and spreadability are now critical for qualifying HDH titanium powder across AM platforms.”

Citations: ASTM/ISO medical and feedstock standards above; ASM Handbook; peer-reviewed PM/AM literature and OEM qualification papers

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ASTM F67 (CP Ti), ASTM F136 (Ti‑6Al‑4V ELI), ISO 5832 series (implants), ISO/ASTM 52907 (metal powder feedstock), ASTM B822 (PSD), ASTM B213 (Hall flow), ASTM B212/B527 (density), ASTM E1409/E1019 (O/N/H)
• Measurement and monitoring:
• Dynamic image analysis for sphericity/aspect; laser diffraction per ISO 13320; LECO for interstitials; BET for specific surface; CT per ASTM E1441 for porosity
• Process guidance:
• LPBF parameter windows for CP Ti/Ti‑6Al‑4V using HDH powder; MIM binder/debind/sinter playbooks; inert storage SOPs with O2/RH logging; powder reuse tracking templates
• Supplier selection checklist:
• Require CoA with chemistry, O/N/H, PSD (D10/D50/D90), DIA shape metrics, flow/tap density, moisture/LOI, contamination screens, lot genealogy; request EPD/ISO 13485 where applicable
• Databases and handbooks:
• MPIF and ASM resources; FDA guidance for additive implants; ISO 10993 biocompatibility evaluations

Notes on reliability and sourcing: Specify grade (CP Ti or Ti‑64), PSD window, O/N/H limits, and shape metrics in POs. Validate each lot via coupon builds (density, tensile, elongation) and CT. Maintain inert, low‑humidity storage and document reuse cycles to limit oxygen pickup and fines accumulation.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 targeted FAQs, a 2025 metrics table for HDH titanium powder, two recent case studies, expert viewpoints, and practical standards/resources; integrated E‑E‑A‑T with authoritative citations
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ASTM/ISO implant/feedstock standards change, new HDH purification or classification methods are commercialized, or OEMs update CoA/qualification requirements for HDH titanium powder