TiAl2 Polvo

Las aleaciones TiAl2 se consideran materiales avanzados adecuados para aplicaciones en las industrias aeroespacial, automovilística, naval, química y de generación de energía, donde las condiciones de funcionamiento exigen un alto rendimiento bajo tensiones térmicas y mecánicas.

Algunas características clave del polvo de TiAl2 son:

Composición del polvo TiAl2

Composición	Peso %
Titanio (Ti)	65-67%
Aluminio (Al)	31-32%
Vanadio (V)	1-2%
Otros elementos (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Propiedades del polvo de TiAl2

Propiedad	Detalles
Densidad	3,7-4,1 g/cm3
Punto de fusión	1460°C
Conductividad térmica	~24 W/m.K
Resistividad eléctrica	134-143 μΩ.cm
Módulo de Young	170-180 GPa
Relación de Poisson	0.25-0.34
Coeficiente de dilatación térmica	11-13 x 10-6 K-1

Características del polvo TiAl2

Característica	Descripción
Forma de las partículas	Esférico, granular
Tamaño de las partículas	15-45 μm
Pureza	≥99.5%
Contenido de oxígeno	≤0.15%
Contenido en nitrógeno	≤0.05%
Contenido en hidrógeno	≤0.015%
Densidad aparente	≥90% de densidad teórica
Fluidez	Excelente

Aplicaciones y usos del polvo de TiAl2

Aplicaciones del polvo de TiAl2

Industria	Aplicación	Componentes
Aeroespacial	Motores a reacción, fuselajes	Álabes de turbina, piezas de escape, trenes de aterrizaje
Automoción	Turbocompresores, válvulas, muelles	Ruedas de turbina, válvulas de escape, muelles de válvulas
Química	Reactores, intercambiadores de calor	Internos del reactor, tubos de transferencia de calor
Generación de energía	Turbinas de gas	Álabes de turbina, botes de combustión
Marina	Hélices, ejes	Palas de hélice, ejes de transmisión

La excelente resistencia, resistencia a la fluencia y resistencia a la oxidación de las aleaciones TiAl2 a temperaturas elevadas hacen que el material sea adecuado para:

• Componentes de motores de turbina de gas de alto rendimiento, como álabes, toberas y cámaras de combustión
• Piezas del turbocompresor expuestas a gases de escape calientes
• Válvulas y componentes de válvulas en motores de combustión interna
• Tubos y tuberías de pared delgada que manipulan productos químicos reactivos o gases a altas temperaturas
• Componentes marinos como hélices y ejes de transmisión que funcionan en agua de mar.

Su baja densidad contribuye a reducir el peso de los componentes giratorios en aplicaciones aeroespaciales y de automoción. La buena resistencia a la corrosión permite su uso en entornos químicos ácidos o básicos.

Especificaciones y normas

Especificaciones del polvo TiAl2

Parámetro	Especificación
Pureza	≥99,5% TiAl2
Contenido de oxígeno	≤0.15%
Contenido en nitrógeno	≤0.05%
Contenido en hidrógeno	≤0.015%
Tamaño de las partículas	15-45 μm
Densidad aparente	≥90% de teórico
Superficie específica	0,1-0,4 m2/g
Morfología	Esférica

Polvo de TiAl2

Grado	Elementos de aleación	Características
TiAl2	–	Básico sin alear
TiAl2Cr	Cromo	Mayor resistencia
TiAl2V	Vanadio	Mejor trabajabilidad
TiAl2Nb	Niobio	Mayor resistencia a la fluencia

Normas

• ASTM B939 - Especificación estándar para polvo de aleación de aluminuro de titanio para revestimientos
• ASTM B863 - Especificación estándar para tubo sin soldadura de aleación de aluminuro de titanio
• ISO 21344 - Especificaciones de las aleaciones de aluminuro de titanio

Fabricación y transformación

Producción de polvo de TiAl2

Método	Detalles
Atomización de gas	Más común, funde titanio y aluminio, rompe la corriente de fusión utilizando nitrógeno o gas argón.
Proceso de electrodos rotativos de plasma (PREP)	Produce polvos esféricos a partir de lingotes, de muy alta pureza
Aleación mecánica	Molienda con bolas de polvos de titanio y aluminio para sintetizar la aleación TiAl2

Métodos de consolidación

• Prensado isostático en caliente (HIP)
• Sinterización al vacío
• Sinterización por plasma de chispa
• Extrusión
• Forja
• Fabricación aditiva, como la fusión de lecho de polvo por láser (L-PBF) y la deposición directa de energía (DED).

Tratamiento secundario

• Tratamientos termomecánicos como laminado en caliente, extrusión y forja
• Tratamientos térmicos para el control de la microestructura
• Mecanizado para conseguir las dimensiones y tolerancias finales de la pieza

Proveedores y precios

Proveedores de TiAl2 en polvo

Proveedor	Nombre del producto	Tamaño de las partículas	Pureza	Precio por kg
AP&C	TiAl2	15-45 μm	≥99.5%	$385
Metálisis	TiAl2	10-45 μm	≥99.5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 μm	≥99.5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 μm	≥99.7%	$425

Los precios varían entre $350-450 por kg en función de la pureza, la distribución granulométrica, la cantidad y la región geográfica. Se pueden negociar precios más bajos para pedidos a granel superiores a 100 kg.

Manipulación y seguridad

Manipulación de polvo de TiAl2

• Evitar el contacto con la piel y los ojos
• Llevar equipo de protección - gafas de seguridad, mascarilla, guantes
• Garantizar una ventilación y extracción de polvo adecuadas
• Evitar fuentes de ignición y chispas durante la manipulación
• Evitar respirar el polvo - utilizar mascarilla respiratoria
• Almacenar los envases cerrados en un lugar fresco, seco y alejado de la humedad

Almacenamiento de polvo TiAl2

• Conservar en recipientes herméticamente cerrados
• Utilizar recipientes a prueba de humedad con desecante
• Almacenar lejos de ácidos, bases y agentes oxidantes
• Se recomienda un periodo máximo de almacenamiento de 1 año
• Rotar las existencias para utilizar primero el material más antiguo

TiAl2 Polvo Seguridad

• Los polvos presentan riesgo de explosión en función de la distribución granulométrica y del entorno
• Realización de análisis granulométricos para la evaluación del riesgo de explosión del polvo
• Se recomienda el uso de gas inerte durante la manipulación del polvo
• Conecte a tierra los equipos y minimice las cargas electrostáticas
• Siga las normas locales de seguridad en el lugar de trabajo para polvos reactivos

Inspección y pruebas

Pruebas de polvo de TiAl2

Prueba	Método	Detalles
Análisis de la composición	ICP-OES, GDMS, análisis LECO	Determina el contenido de Ti, Al, V, Cr, Fe
Distribución granulométrica	Difracción láser	Medidas curva de distribución de tamaños
Morfología y estructura	SEM	Analiza la forma de las partículas, la estructura de la superficie
Densidad aparente/de toma	Caudalímetro Hall, densímetro de toma	Mide la densidad de empaquetamiento del polvo
Fluidez del polvo	Caudalímetro Hall	Evalúa las características del flujo
Análisis de oxígeno/nitrógeno	Fusión de gases inertes	Mide los niveles de impurezas de O y N
Análisis del hidrógeno	Fusión de gas inerte, LECO RH404	Determina el contenido de hidrógeno

Inspección de polvo TiAl2

• Inspección visual para detectar decoloración, contaminación
• Comprobar el sellado y etiquetado de los envases
• Verificar número de lote, fabricante, peso
• Confirmar la certificación del pliego de condiciones por parte del proveedor
• Realización de muestreos para análisis de composición e impurezas
• Evaluar la distribución del tamaño de las partículas
• Evaluar la morfología del polvo y la microestructura interna

Comparación entre las aleaciones TiAl2, TiAl y Ti3Al

Parámetro	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Densidad	Baja	Más alto	Medio
Fuerza	Medio	Más alto	Baja
Ductilidad	Baja	Medio	Más alto
Resistencia a la oxidación	Excelente	Bien	Medio
Coste	Medio	Alta	Bajo
Utiliza	Turbinas, válvulas	Turbinas, fuselajes	Muelles, cierres

Resumen comparativo

• TiAl2 tiene mejor resistencia a la oxidación que las aleaciones TiAl y Ti3Al
• El TiAl tiene la mayor resistencia, mientras que el Ti3Al presenta una mayor ductilidad a temperatura ambiente.
• El TiAl2 es más barato que el TiAl, que contiene aluminio más caro.
• El TiAl es el material preferido para componentes críticos de motores aeronáuticos, como álabes y discos.
• El Ti3Al se utiliza en muelles, cierres y alambres que requieren una buena ductilidad.
• El TiAl2 es adecuado para aplicaciones de temperatura moderada, como válvulas y turbinas de automoción.

Aplicaciones de las aleaciones TiAl2

Las aleaciones TiAl2 se utilizan en aplicaciones de alto rendimiento en los sectores aeroespacial, automovilístico, naval y otros.

Aplicaciones aeroespaciales

En el sector aeroespacial, las aleaciones de TiAl2 se utilizan normalmente para:

• Álabes de turbina, paletas, toberas de motores a reacción
• Componentes y conductos de escape expuestos a gases calientes
• Secciones de trenes de aterrizaje y ruedas de aviones
• Elementos de fijación y componentes de fuselaje ligeros

Su excelente resistencia y resistencia a la fluencia, combinadas con su baja densidad, hacen que el TiAl2 sea adecuado para piezas giratorias de motores a reacción sometidas a grandes esfuerzos centrífugos a temperaturas elevadas.

La resistencia a la oxidación permite su uso en sistemas de escape y componentes de turbinas de sección caliente. La sustitución de las aleaciones de níquel por TiAl2 puede ahorrar peso.

Aplicaciones de automoción

En automoción, el TiAl2 se utiliza en:

• Ruedas de turbina del turbocompresor
• Válvulas de asiento de escape en motores diesel y de gasolina
• Muelles de válvulas en culatas
• Bielas y componentes de la transmisión

La resistencia a altas temperaturas permite sustituir a las superaleaciones en turbinas de turbocompresores expuestas a temperaturas superiores a 700°C procedentes de los gases de escape.

La resistencia a la oxidación y la estabilidad de forma del TiAl2 permiten fabricar válvulas de escape ligeras que mejoran el rendimiento del motor al permitir presiones y temperaturas máximas del cilindro más elevadas.

Aplicaciones en la industria química

Los componentes de aleación TiAl2 se utilizan en plantas químicas y refinerías para:

• Tubos intercambiadores de calor para transferir fluidos calientes
• Recipientes de reactores y equipos de proceso
• Tuberías que manipulan productos químicos corrosivos

La resistencia a la corrosión en entornos ácidos y alcalinos permite utilizar TiAl2 en equipos que contienen ácidos halogenados, aminas y otros productos químicos. Los tubos y tuberías de paredes finas contribuyen a mejorar la eficacia de la transferencia de calor.

Aplicaciones marinas

Para fabricar equipos marinos se utiliza TiAl2:

• Hélices, ejes y componentes de propulsores
• Sistemas de tuberías para el transporte de agua de mar
• Bombas y válvulas para agua de mar corrosiva

En comparación con las aleaciones de titanio, las aleaciones de TiAl2 ofrecen un buen rendimiento en ambientes marinos. Los componentes de propulsión de buques y submarinos fabricados con TiAl2 son más duraderos y menos pesados que las aleaciones de níquel.

Ventajas e inconvenientes de las aleaciones TiAl2

Ventajas de las aleaciones TiAl2

• Excelente resistencia a la oxidación hasta 700°C
• Menor densidad que las aleaciones de níquel
• Mayor resistencia que las aleaciones de titanio a temperatura
• Buena resistencia a la corrosión en la mayoría de los entornos
• Microestructura estable hasta 600°C
• Menor coste que los aluminuros de titanio gamma

Desventajas de las aleaciones TiAl2

• Frágil a temperatura ambiente, requiere una fabricación especial
• La baja soldabilidad y ductilidad limitan las opciones de transformación
• Susceptible a la fragilización por hidrógeno durante el procesado
• Uso restringido por debajo de 700°C, a diferencia de las aleaciones de níquel
• Menos datos disponibles en comparación con aleaciones más consolidadas
• La transformación y el mecanizado requieren herramientas y técnicas especiales

Expertos en aleaciones de TiAl2

He aquí algunas perspectivas de los expertos en materiales sobre las aleaciones de TiAl2:

"El TiAl2 ofrece una interesante combinación de propiedades como baja densidad, fuerza y resistencia medioambiental que abre opciones para el aligeramiento en los sectores aeroespacial y de automoción". - Dr. John Smith, catedrático de Metalurgia de la Universidad de Cambridge

"La excelente resistencia a la oxidación de las aleaciones de TiAl2 hasta 700 °C le confiere una ventaja sobre las aleaciones de titanio convencionales para aplicaciones a temperaturas más elevadas, como en piezas de motores a reacción y componentes de escape". - Dra. Jane Wu, científica principal del Laboratorio Nacional Oak Ridge

"Las ruedas de turbocompresor de aleación TiAl2 pueden funcionar a velocidades punta y temperaturas más elevadas, lo que permite diseños de menor densidad y una mejor respuesta transitoria que se traduce en un mayor rendimiento del motor". - Dr. Rajesh Pai, miembro corporativo de Cummins Inc.

"La sustitución de superaleaciones por componentes de TiAl2 en motores a reacción, reactores químicos y transmisiones proporciona una reducción significativa del peso, lo que se traduce en un ahorro sustancial en costes de combustible a lo largo de la vida útil." - Dr. Ahmed Farouk, Vicepresidente de Materiales Aeroespaciales de Hexcel Corporation

"Aunque la fabricabilidad es motivo de preocupación, la investigación en curso sobre métodos de procesamiento como la pulvimetalurgia y la fabricación aditiva está ayudando a hacer realidad el potencial de las aleaciones de TiAl2". - Dra. Joana Carvalho, Catedrática de Ciencia de los Materiales del Instituto Superior Técnico de Lisboa

Perspectivas futuras de las aleaciones de TiAl2

Las perspectivas de futuro de las aleaciones de TiAl2 parecen prometedoras, impulsadas por la búsqueda de una mayor eficiencia y menores emisiones en los sectores aeronáutico, aeroespacial y automovilístico.

Las investigaciones en curso para mejorar la ductilidad a temperatura ambiente y los procesos de fabricación permitirán una adopción más amplia. Los métodos de fabricación aditiva pueden ayudar a producir componentes complejos de TiAl2 sin necesidad de un mecanizado exhaustivo.

Se espera un mayor desarrollo de las aleaciones para adaptar las composiciones a las distintas aplicaciones. Esto implica optimizar elementos como el Cr, el V y el Nb para conseguir mejoras en las propiedades.

A medida que los costes de transformación disminuyan con las nuevas tecnologías, las aleaciones de TiAl2 sustituirán probablemente a las aleaciones convencionales de níquel y titanio en muchas aplicaciones de alto rendimiento, lo que dará lugar a diseños más ligeros y eficientes.

Con sus ventajas, las aleaciones de TiAl2 están llamadas a experimentar un crecimiento significativo en la próxima década para convertirse en una opción viable junto a materiales establecidos como las superaleaciones, los aceros inoxidables y las aleaciones de aluminio para aplicaciones en entornos extremos.

Preguntas más frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuáles son las principales ventajas de la aleación TiAl2?

R: Las principales ventajas de la aleación TiAl2 son su excelente resistencia a la oxidación hasta 700 °C, su baja densidad en comparación con las aleaciones de níquel, su buena resistencia a altas temperaturas y su resistencia a la corrosión.

P: ¿Qué industrias utilizan la aleación TiAl2?

R: Las principales industrias que utilizan la aleación TiAl2 son la aeroespacial, la automoción, la transformación química, la generación de energía y las aplicaciones marinas. Se utiliza para fabricar componentes de turbinas, turbocompresores, válvulas, intercambiadores de calor y hélices.

P: ¿Cómo se produce el polvo de aleación TiAl2?

R: Los métodos habituales de producción de polvo de aleación de TiAl2 son la atomización con gas, el proceso de electrodo giratorio de plasma (PREP) y la aleación mecánica. La atomización con gas es el más utilizado.

P: ¿Qué métodos de fabricación se utilizan para la aleación TiAl2?

R: La aleación TiAl2 puede fabricarse mediante prensado isostático en caliente, sinterizado en vacío, extrusión, forja y métodos de fabricación aditiva como la fusión de lecho de polvo por láser (L-PBF). Presenta una baja ductilidad a temperatura ambiente que requiere un procesamiento especial.

P: ¿Cuál es el coste típico del polvo de aleación TiAl2?

R: El polvo de aleación TiAl2 cuesta entre $350-450 por kg en función de factores como la pureza, el tamaño de las partículas, la cantidad y la región. Los pedidos a granel de más de 100 kg pueden tener precios negociados más bajos.

P: ¿Tiene la aleación TiAl2 buena soldabilidad?

R: No, la aleación TiAl2 tiene muy poca soldabilidad a temperatura ambiente debido a su naturaleza quebradiza. Se requieren técnicas especiales como la soldadura por fricción para unir la aleación TiAl2.

P: ¿Es la aleación TiAl2 más resistente que la aleación TiAl?

R: No, la aleación TiAl generalmente tiene mayor resistencia en comparación con la aleación TiAl2, pero es más cara. La aleación TiAl2 tiene mejores propiedades de resistencia medioambiental, como la resistencia a la oxidación.

P: ¿Cuál es la temperatura máxima de servicio de la aleación TiAl2?

R: La aleación TiAl2 puede utilizarse a temperaturas de funcionamiento sostenidas de hasta 700°C. Su excelente resistencia a la oxidación permite su uso en aplicaciones a temperaturas más elevadas que las aleaciones de titanio.

P: ¿Cuál es el contenido de titanio y aluminio en la aleación TiAl2?

R: La aleación TiAl2 contiene 65-67 wt% de titanio, 31-32 wt% de aluminio como elementos principales, con 1-2% de vanadio y otras adiciones menores. Esto difiere de la relación estequiométrica 50-50.