Polvos de molibdeno y titanio
Índice
Visión general de los polvos de molibdeno y titanio
polvos de titanio molibdeno se refieren a finas partículas metálicas de cada elemento producidas mediante procesos de atomización. Presentan gran resistencia, dureza y resistencia al calor.
Los polvos se utilizan individualmente o como mezclas para fabricar aleaciones de alto rendimiento. Su distribución controlada del tamaño de las partículas permite construir componentes complejos con forma casi de red a partir de capas durante la impresión 3D de metales.
Algunas características clave de los polvos de molibdeno y titanio:
Molibdeno en polvo
- Excelente resistencia a la fluencia y estabilidad a altas temperaturas
- Bajo coeficiente de dilatación térmica
- Gran dureza y resistencia al desgaste
- Se utiliza como adición de aleación para reforzar aceros y superaleaciones
Titanio en polvo
- Extremadamente resistente y ligero como metal estructural
- Excelente resistencia a la corrosión
- Biocompatible para implantes médicos
- Reactivo y requiere un tratamiento controlado
Polvos mezclados/aleados
- Combinar las propiedades beneficiosas de cada elemento
- Permite personalizar el rendimiento del material
- Requiere parámetros de impresión 3D optimizados
Al manipular las composiciones mediante AM, se pueden crear aleaciones innovadoras con propiedades superiores adecuadas para entornos extremos.
Tipos de polvos de molibdeno y titanio
Los polvos de molibdeno y titanio están disponibles comercialmente en varios tipos para la fabricación aditiva de metales:
| Variante de polvo | Características | Usos típicos |
|---|---|---|
| Molibdeno | Calidades puras y aleadas | AM de aleaciones de molibdeno, catalizadores |
| Titanio Ti-6Al-4V | Aleación aeroespacial | Aeroestructuras portantes |
| Titanio Ti-6Al-7Nb | Aleación alfa-beta biocompatible | Implantes médicos, prótesis |
| Mezclas elementales de Mo-Ti | Composiciones de aleación personalizadas | Aplicaciones avanzadas de ingeniería |
| Aleaciones maestras Mo-Ti | Mezclas prealeadas | Tratamiento AM simplificado |
En su forma elemental, el molibdeno proporciona dureza a altas temperaturas, mientras que el titanio aporta solidez y resistencia a la corrosión. Combinando ambos mediante AM, pueden crearse aleaciones innovadoras con un rendimiento general mejorado.
Composición/Aleación
Los polvos de molibdeno y titanio tienen las siguientes composiciones nominales:
Molibdeno en polvo
| Elemento | Gama de composición |
|---|---|
| Molibdeno (Mo) | 99% y superior |
| Oxígeno (O) | 0,01% máx |
| Carbono (C) | 0,01% máx |
| Hierro (Fe) | 0,01% máx |
| Otros metales | 0,01% máx |
Se requiere una alta pureza para la reproducibilidad durante la AM y el procesamiento posterior. La contaminación puede afectar negativamente a las propiedades del material.
Titanio Ti-6Al-4V
| Elemento | Peso % |
|---|---|
| Titanio (Ti) | Saldo |
| Aluminio (Al) | 5.5-6.75 |
| Vanadio (V) | 3.5-4.5 |
| Hierro (Fe) | < 0.3 |
| Oxígeno (O) | <0.2 |
| Otros metales | <0,1 |
Las pequeñas cantidades de aluminio y vanadio añadidas a la aleación aumentan significativamente la resistencia del titanio para estructuras ligeras portantes.
En el caso de los polvos Mo-Ti mezclados, las proporciones relativas pueden variar de 100% Mo a 100% Ti para crear aleaciones personalizadas. Con el uso de polvos mezclados tanto elementales como prealeados, la libertad ilimitada de composiciones permite desarrollar aleaciones hasta ahora inexploradas mediante AM.
Propiedades de polvos de titanio molibdeno
Molibdeno en polvo
| Propiedades físicas | |
|---|---|
| Densidad | 10,22 g/cm3 |
| Punto de fusión | 2610°C |
| Conductividad térmica | 138 W/mK |
| Resistividad eléctrica | 5,5 μΩ-cm |
| Coeficiente de dilatación térmica | 5,3 μm/m-°C |
| Propiedades mecánicas | |
|---|---|
| Dureza | ~300 HV |
| Resistencia a la tracción | 600-800 MPa |
| Límite elástico (0,2% offset) | 500+ MPa |
| Alargamiento | 30-50% |
| Módulo de elasticidad | 325 GPa |
El polvo de molibdeno permite fabricar aleaciones extremadamente duras y resistentes al calor mediante técnicas de AM. Las piezas mantienen una alta resistencia en condiciones de oxidación, corrosión y desgaste por fricción a temperaturas elevadas que superan los 1.000 °C.
Titanio Ti-6Al-4V Polvo
| Propiedades físicas | Valores |
|---|---|
| Densidad | 4,43 g/cm3 |
| Punto de fusión | 1604-1660°C |
| Conductividad térmica | 7,2 W/mK |
| Resistividad eléctrica | 170 μΩ-cm |
| Coeficiente de dilatación térmica | 8,6 μm/m-°C |
| Propiedades mecánicas | Como Construido | Recocido |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | 1050 MPa | 950 MPa |
| Límite elástico (0,2% offset) | 900 MPa | 850 MPa |
| Alargamiento | ~15% | ~20% |
| Dureza | ~350 HV | ~300 HV |
El delicado equilibrio entre una alta resistencia y una ductilidad aceptable la convierte en una aleación aeroespacial muy popular para piezas impresas críticas en motores de cohetes, fuselajes y turbinas.
Mezclando polvos de molibdeno y titanio en diferentes proporciones, se puede obtener una combinación de sus propiedades en aleaciones personalizadas.
Aplicaciones de los polvos de molibdeno y titanio
| Área de aplicación | Propiedades apalancadas | Ejemplos |
|---|---|---|
| Aeroespacial y defensa | Alta relación resistencia-peso, excelente resistencia al calor | – Componentes de motores de aeronaves (discos, palas) <br> – Casquillos de misiles – Escudos térmicos |
| Biomédica | Biocompatible, buena resistencia a la corrosión, alta resistencia. | – Implantes ortopédicos (reemplazos de cadera, articulaciones de rodilla) - Implantes dentales - Instrumentos quirúrgicos |
| Procesado químico | Resistencia a la corrosión, buena maquinabilidad. | – Reactores y recipientes químicos. - Intercambiadores de calor – Ejes agitadores |
| Electrónica y electricidad | Alta conductividad eléctrica, buena estabilidad térmica. | – Contactos y conectores eléctricos. – Resistencias de alta potencia – Electrodos para mecanizado por descarga eléctrica (EDM) |
| Fabricación aditiva | Propiedades personalizables, posibles geometrías complejas | – Componentes ligeros y de alto rendimiento para la industria aeroespacial y de automoción – Implantes biocompatibles con estructuras personalizadas – Intercambiadores de calor complejos para una gestión térmica eficiente |
Especificaciones de los polvos de molibdeno y titanio
Los polvos de molibdeno y titanio deben cumplir requisitos químicos exactos y estrictas especificaciones de calidad para su uso en fabricación aditiva según las normas aceptadas por la industria:
Normas de pureza química
| Grado de polvo | Estándar |
|---|---|
| Molibdeno | ASTM B393 |
| Titanio Ti-6Al-4V | ASTM F2924 |
| Titanio Ti-6Al-7Nb | ASTM F3001 |
Características típicas del polvo
| Atributo | Requisitos | Métodos de ensayo |
|---|---|---|
| Forma de las partículas | Predominantemente esférico | Imágenes SEM según ASTM B822 |
| Densidad aparente | 2 a 5 g/cc | MPIF 04 o ASTM B212 |
| Caudal | >30 segundos para la prueba de flujo Hall | ASTM B213 |
| Distribución granulométrica | D10, D50, D90 optimizados para el proceso AM | ASTM B822 |
| Pérdida por ignición (LOI) | Bajo nivel de oxígeno/nitrógeno | Análisis de fusión de gases inertes |
| Microestructura | Sin defectos, sin satélites | SEM a grandes aumentos |
Los requisitos pretenden garantizar un comportamiento de fusión uniforme, construcciones sin defectos y propiedades reproducibles de las piezas finales.
Proveedores globales
Muchos fabricantes establecidos suministran polvos de molibdeno y titanio para aplicaciones de AM:
Molibdeno en polvo
| Empresa | Marcas | Método de producción |
|---|---|---|
| H.C. Starck | Mo | Electrolítico |
| Molymet | PureMo | Reducción de hidrógeno |
| Plansee | MolyPowder | Reducción de calcio |
| Tungsteno del Medio Oeste | TeroMoly | Reducción de calcio |
Titanio en polvo
| Empresa | Grados ofrecidos | Métodos de producción |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, otras aleaciones de Ti | Atomización por plasma |
| Aditivo para carpinteros | Ti-6Al-4V | Atomización por plasma |
| Sandvik | Ti6Al4V ELI, Ti6Al4V ELI-0406 | Atomización por plasma |
| Tekna | Ti-6Al-4V, Ti 6Al-7Nb | Atomización por plasma |
| TLS Técnica | Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI, Ti Grado 23 | Atomización de gas y plasma |
Tanto los productores de polvo metálico establecidos como los fabricantes de polvo AM especializados suministran estos materiales de acuerdo con las exigentes especificaciones de la industria.
Precios de polvos de titanio molibdeno
Como materiales muy utilizados en la AM metálica, existen indicadores de precios publicados para el molibdeno y el titanio en polvo:
Molibdeno en polvo
| Tamaño de las partículas | Precios |
|---|---|
| 10-45 μm | $40 - $60 por kg |
| 15-53 μm | $50 - $70 por kg |
| Tamaños a medida | > $100 por kg |
Titanio Ti-6Al-4V Polvo
| Tamaño de las partículas | Precios |
|---|---|
| 15-45 μm | $150 - $450 por kg |
| 45-100 μm | $100 - $350 por kg |
| Tamaños a medida | > $500 por kg |
Los precios dependen del grado de calidad, el tamaño del lote, la gama de distribución, la atomización con plasma o con gas y el volumen de compra. Los precios de grandes cantidades y contratos suelen negociarse directamente con los proveedores.
Ventajas e inconvenientes de las aleaciones de molibdeno y titanio de AM
| Característica | Aleaciones de molibdeno (AM) | Aleaciones de titanio (AM) |
|---|---|---|
| Fuerza | Muy alta resistencia y resistencia a la fluencia a temperaturas elevadas. Ideal para aplicaciones de alto rendimiento en los sectores aeroespacial y energético. | Excelente relación resistencia-peso. Más livianos que el acero pero ofrecen una resistencia comparable, lo que los hace valiosos en los campos aeroespacial, automotriz y biomédico. |
| Peso | Relativamente denso en comparación con el titanio, pero aún más liviano que muchos otros metales de alto rendimiento. | Significativamente más liviano que el acero y ofrece beneficios sustanciales de reducción de peso en aplicaciones donde el peso es crítico. |
| Resistencia a la corrosión | Generalmente buena resistencia a la corrosión, particularmente en ambientes reductores. Sin embargo, puede ser susceptible a la oxidación a altas temperaturas. | Excelente resistencia a la corrosión en diversos entornos, incluido el agua de mar y los fluidos corporales humanos. Un material preferido para aplicaciones marinas e implantes biomédicos. |
| Biocompatibilidad | Biocompatibilidad limitada debido a la posible liberación de iones de molibdeno en el cuerpo. No es ideal para la mayoría de los implantes médicos. | Excelente biocompatibilidad, lo que los hace muy adecuados para implantes y prótesis. |
| Rendimiento a altas temperaturas | Mantiene la fuerza y la resistencia a la fluencia a altas temperaturas, lo que permite su uso en secciones calientes de motores a reacción y otros entornos extremos. | Puede mantener buenas propiedades mecánicas a temperaturas elevadas, pero no en la misma medida que las aleaciones de molibdeno. |
| Conductividad térmica | Muy buena conductividad térmica, lo que permite una disipación eficiente del calor en aplicaciones de alta temperatura. | Conductividad térmica moderada, inferior a la del molibdeno pero suficiente para muchas aplicaciones. |
| Imprimibilidad de fabricación aditiva (AM) | El polvo de molibdeno puede resultar complicado de procesar debido a su alto punto de fusión y reactividad. Requiere técnicas de AM especializadas como la fusión por haz de electrones (EBM). | Se puede imprimir más fácilmente utilizando diversas técnicas de AM, como la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM). Las características del polvo y la capacidad de impresión pueden variar según la aleación de titanio específica. |
| Coste | El molibdeno es un elemento relativamente abundante, pero el proceso de fabricación aditiva puede resultar costoso debido a los equipos especializados y los requisitos de manipulación. | El titanio en sí es un elemento más caro que el molibdeno. Sin embargo, los avances en la tecnología AM están reduciendo el costo de las piezas de titanio. |
| Acabado superficial | Las piezas de molibdeno producidas con AM pueden tener un acabado superficial rugoso, lo que requiere pasos de posprocesamiento adicionales. | Las piezas de titanio AM pueden lograr un buen acabado superficial según el proceso AM específico y los parámetros utilizados. |
| Aplicaciones | – Componentes de alta temperatura en motores a reacción y cohetes – Intercambiadores de calor – Crisoles de molibdeno para procesos de fusión a alta temperatura | – Componentes aeroespaciales (piezas de aviones, trenes de aterrizaje) – Implantes biomédicos (reemplazos de rodilla, articulaciones de cadera) – Piezas de automoción (bielas, componentes de suspensión) – Artículos deportivos (palos de golf, cuadros de bicicletas) |
¿Cómo se fabrican los polvos de molibdeno y titanio?
Los procesos avanzados de atomización con gas fabrican los polvos metálicos finos con un control preciso de las características críticas, como la forma de las partículas, la gama de tamaños y la pureza química.
Atomización de gases
Los lingotes de gran pureza se funden por inducción en una atmósfera inerte y la corriente de metal líquido se vierte en recipientes de atomización especializados. Potentes chorros de gas argón o nitrógeno atomizan el metal en finas gotitas que se solidifican rápidamente y se convierten en polvo.
Optimizando los parámetros de flujo de gas y las velocidades de enfriamiento, se obtienen partículas esféricas con la distribución granulométrica deseada. A continuación, el polvo se tamiza en diferentes clasificaciones de tamaño necesarias para diversos procesos de AM.
Tratamiento adicional
Pueden tomarse otras medidas para mejorar las propiedades del polvo: desgasificación para reducir los niveles de oxígeno, recocido para reducir las tensiones internas de la solidificación rápida y mezcla con otras fracciones de polvo para obtener rangos de tamaño específicos.
Por último, los polvos se envasan en atmósferas inertes para evitar su oxidación antes de enviarlos a los clientes. Los protocolos de manipulación y almacenamiento evitan la absorción de humedad o la contaminación durante el procesamiento posterior del metal AM.
Chorro de ligante frente a fusión en lecho de polvo de molibdeno y titanio
Las aleaciones de molibdeno y titanio pueden imprimirse mediante las categorías de inyección de aglutinante y fusión de lecho de polvo:
| Aspecto | Chorro aglomerante | Cama de polvo Fusion |
|---|---|---|
| Método de construcción | Agentes aglutinantes líquidos | Fusión por láser/haz electrónico |
| Resolución | ~100 μm | ~50 μm |
| Porosidad | Más alto, requiere infiltración | Inferior, densidad 99% |
| Acabado superficial | Desbaste, necesita mecanizado | Moderado, puede necesitar acabado |
| Propiedades mecánicas | Baja, varía según la parte | Más alto, más uniforme |
| Precisión dimensional | ±0,3% con contracción | ±0,1% o mejor |
| Tratamiento posterior | Desmoldeo, sinterización, HIP | Eliminación de soportes, tratamiento térmico |
| Tamaño del edificio | Escala industrial | Cámaras más pequeñas |
| Requisitos de tiempo | Días | Horas hasta 1-2 días |
| Economía | Menor coste de las piezas, mayor volumen | Menor volumen, hardware caro |
La inyección de aglutinante es adecuada para modelos conceptuales de diseño debido a su velocidad y bajo coste. La fusión en lecho de polvo crea piezas de uso final de alta fidelidad con propiedades superiores.
Aleaciones de molibdeno y titanio - Perspectivas
| Característica | Descripción | Ventajas | Desafíos potenciales |
|---|---|---|---|
| Propiedades mecánicas superiores | El molibdeno (Mo) fortalece el titanio (Ti), creando aleaciones con una excepcional relación resistencia-peso, alta resistencia a la fluencia (resistencia a la deformación bajo estrés a altas temperaturas) y buena resistencia a la fatiga (resistencia a fallas bajo carga cíclica). | – Ideal para aplicaciones que requieren componentes livianos pero robustos, particularmente a temperaturas elevadas. – Permite diseños eficientes debido a que se necesita menos material para obtener el mismo nivel de resistencia en comparación con alternativas más pesadas. | – La adición de molibdeno puede reducir la ductilidad de la aleación (capacidad de deformarse plásticamente), limitando potencialmente su formabilidad para formas complejas. – El procesamiento de estas aleaciones puede ser complejo y requerir técnicas especializadas, lo que podría afectar la rentabilidad. |
| Rendimiento mejorado a altas temperaturas | El alto punto de fusión del molibdeno eleva la temperatura máxima de servicio de las aleaciones de Ti-Mo en comparación con el titanio sin alear. | – Permite su uso en ambientes con calor extremo, como motores a reacción, componentes de cohetes y hornos de alto rendimiento. – Proporciona una vida útil prolongada de los componentes en aplicaciones térmicas exigentes. | – La resistencia a la oxidación, la capacidad de resistir la reacción con oxígeno a altas temperaturas, puede ser una preocupación para algunas aleaciones de Ti-Mo. Se están realizando investigaciones para mejorar su comportamiento de oxidación mediante adiciones de aleaciones o tratamientos superficiales. |
| Aplicaciones de conductividad eléctrica | Ciertas aleaciones de Ti-Mo, particularmente aquellas con un mayor contenido de Mo, presentan una buena conductividad eléctrica. | – Útil para aplicaciones que requieren transmisión de corriente eléctrica, como electrodos, contactos eléctricos y resistencias de alta potencia. – Ofrece una posible alternativa material a los conductores tradicionales como el cobre en escenarios específicos. | – Es posible que la conductividad eléctrica de las aleaciones de Ti-Mo no siempre coincida con la del cobre puro, lo que requiere una cuidadosa selección del material en función de las necesidades específicas de la aplicación. – El comportamiento frágil a bajas temperaturas puede limitar su uso en aplicaciones criogénicas. |
| Potencial emergente de fabricación aditiva | El desarrollo de polvos de aleación de Ti-Mo compatibles con técnicas de fabricación aditiva como la impresión 3D abre nuevas posibilidades para el diseño de componentes complejos y estructuras ligeras. | – Permite la creación de geometrías complejas y estructuras reticulares, lo que potencialmente conduce a una reducción de peso y un mejor rendimiento. – Ofrece mayor libertad de diseño en comparación con los métodos de fabricación tradicionales. | – La producción de polvo y la optimización de la capacidad de impresión de aleaciones de Ti-Mo son áreas de investigación en curso. – Garantizar propiedades consistentes de los materiales y un control de calidad durante todo el proceso de fabricación aditiva requiere un mayor desarrollo. |
| Crecimiento y desarrollo del mercado | Se prevé que el mercado mundial de aleaciones de Ti-Mo experimente un crecimiento constante debido a la creciente demanda en los sectores aeroespacial, biomédico y energético. | – La creciente demanda de materiales ligeros y de alto rendimiento en estas industrias impulsa la expansión del mercado. – Los avances tecnológicos en los métodos de procesamiento y producción pueden mejorar aún más la rentabilidad y ampliar el potencial de aplicación. | – La competencia de materiales establecidos como el aluminio y los aceros de alto rendimiento puede limitar la cuota de mercado en determinados sectores. – Las fluctuaciones en los precios del molibdeno y el titanio pueden afectar el coste total de las aleaciones de Ti-Mo. |
Preguntas frecuentes
P: ¿Para qué se utiliza el molibdeno?
R: Gracias a sus excelentes propiedades a altas temperaturas, el molibdeno se utiliza principalmente como aleante para reforzar los aceros resistentes al calor y las superaleaciones que se emplean en la industria aeroespacial, la generación de energía, la construcción de hornos y los componentes de misiles, entre otras aplicaciones exigentes.
P: ¿Es tóxico el molibdeno?
R: El molibdeno elemental y sus aleaciones tienen generalmente bajos niveles de toxicidad y son seguros para su uso en ingeniería. Sin embargo, algunos compuestos de molibdeno, cuando se inhalan durante períodos prolongados, pueden tener efectos cancerígenos potenciales que justifican el uso de equipos de protección durante la manipulación y el mecanizado.
P: ¿Es caro el titanio?
R: Las aleaciones de titanio tienen un coste de materia prima más elevado que los aceros y las aleaciones de aluminio. Sin embargo, con ratios de compra a vuelo cercanos a 1 para la fabricación AM, los costes de las piezas acabadas de titanio pueden ser económicos para industrias como la aeroespacial dispuestas a adoptar nuevas tecnologías y diseños.
P: ¿Qué hace que el titanio sea ideal para los implantes?
R: La biocompatibilidad de las aleaciones de titanio, unida a su elevada relación resistencia-peso, las hace ideales para sustituir al hueso humano. El módulo de elasticidad puede reducirse hasta aproximarse al del hueso aleándolo con estabilizadores beta biocompatibles como Nb y Ta para mejorar la vida útil de los implantes de carga.
P: ¿Qué proceso de impresión 3D se utiliza para el molibdeno y el titanio?
R: Para piezas de uso final de alto rendimiento, se utilizan principalmente técnicas de fusión en lecho de polvo como la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM). La fuente de calor a alta temperatura consigue construcciones de densidad casi total con propiedades superiores adecuadas para aplicaciones de ingeniería.
P: ¿Por qué mezclar molibdeno con polvo de titanio?
R: El molibdeno mejora la dureza a altas temperaturas, la resistencia a la fluencia y las propiedades similares a las del acero para herramientas, mientras que el titanio aporta una excelente resistencia a la corrosión y atributos de baja densidad. Juntas, las aleaciones personalizadas fabricadas mezclando directamente sus polvos mediante AM proporcionan la combinación ideal para aplicaciones avanzadas.
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