Composición del polvo de aleación TiNbZrSn

El polvo de aleación TiNbZrSn se compone de los siguientes elementos:

Elemento	Peso %
Titanio (Ti)	35-40%
Niobio (Nb)	35-40%
Circonio (Zr)	5-10%
Estaño (Sn)	5-10%

Esta precisa combinación de titanio, niobio, circonio y estaño da como resultado una aleación con una resistencia, dureza y elasticidad extraordinarias en comparación con las aleaciones convencionales. El contenido de niobio, en particular, mejora notablemente las prestaciones mecánicas.

Controlando cuidadosamente las proporciones de los metales constituyentes, se pueden optimizar las propiedades del polvo de aleación para diferentes aplicaciones que requieran características de alta resistencia al peso, resistencia a la corrosión, biocompatibilidad o durabilidad a altas temperaturas.

Propiedades del polvo de aleación TiNbZrSn

El polvo de aleación TiNbZrSn presenta las siguientes propiedades excepcionales:

Propiedad	Descripción
Alta resistencia	Resistencia superior a 1400 MPa, equiparable a la de las aleaciones aeroespaciales avanzadas
Baja densidad	Densidad en torno a 6,5 g/cm3, muy inferior a la del acero
Excelente elasticidad	Módulo de Young en torno a 100 GPa, lo que permite flexibilidad
Gran dureza	Dureza Vickers superior a 450 HV, mejor resistencia a la abrasión que el acero inoxidable
Buena resistencia a la corrosión	Resiste la corrosión en entornos difíciles
Biocompatibilidad	No tóxico y apto para implantes médicos
Alto punto de fusión	Fusión por encima de 2500°C, lo que lo hace viable para aplicaciones de alta temperatura

La combinación de alta resistencia, bajo peso, dureza y elasticidad es poco frecuente y convierte al TiNbZrSn en un material extremadamente versátil. Supera a aleaciones convencionales como el acero inoxidable en múltiples propiedades.

Producción de polvo de aleación TiNbZrSn

El polvo de aleación TiNbZrSn puede producirse utilizando los siguientes métodos avanzados:

Método	Descripción
Atomización de gas	Aleación fundida pulverizada en finas gotas que se solidifican en polvo
Proceso de electrodos rotativos de plasma (PREP)	El electrodo gira rápidamente en el arco de plasma para desintegrarse en polvo
Hidruro-dehidruro (HDH)	La aleación se hidrogenada, se tritura mecánicamente hasta convertirla en polvo y, a continuación, se deshidrogenada.

La atomización con gas permite controlar la distribución del tamaño de las partículas y da como resultado un polvo esférico liso ideal para la fabricación aditiva. Los métodos PREP y HDH permiten la producción económica de polvo irregular adecuado para el prensado y la sinterización.

La composición de la aleación puede mantenerse con precisión en estos procesos de producción de polvo, lo que garantiza unas propiedades constantes. Las atmósferas de gas inerte de alta pureza evitan la contaminación.

Aplicaciones del polvo de aleación TiNbZrSn

Gracias a sus equilibradas propiedades como material, el polvo de aleación TiNbZrSn se utiliza en las siguientes aplicaciones:

Industria	Aplicación
Aeroespacial	Componentes de motores de aviones y cohetes, sistemas espaciales
Automoción	Muelles de válvula, fijaciones, actuadores
Médico	Implantes, prótesis, dispositivos
Defensa	Blindaje, municiones, balística
Fabricación aditiva	Piezas impresas en 3D de gran resistencia
Tratamiento químico	Recipientes y tuberías resistentes a la corrosión

La combinación de resistencia, dureza y biocompatibilidad hace que el TiNbZrSn sea adecuado para dispositivos implantados que soportan cargas, como las articulaciones de cadera y rodilla. Su resistencia a la corrosión lo hace idóneo para aplicaciones navales expuestas al agua de mar. Y su durabilidad a altas temperaturas es una ventaja en motores a reacción y turbinas.

En comparación con las aleaciones convencionales, el TiNbZrSn permite fabricar componentes más ligeros, resistentes y duraderos, lo que supone una ventaja en los sectores más exigentes.

Especificaciones del polvo de aleación TiNbZrSn

El polvo de aleación TiNbZrSn se comercializa con las siguientes especificaciones:

Atributo	Detalles
Tamaño de las partículas	15-45 micras, 45-106 micras, 106-250 micras
Forma de las partículas	Esférica, irregular
Pureza	Hasta 99,9%
Contenido de oxígeno	Menos de 2000 ppm
Grados de polvo	Grado 5, 23, 23 ELI
Formulario de suministro	Polvo suelto, preformas sinterizadas

Se dispone tanto de polvo esférico atomizado con gas como de polvo irregular de HDH o PREP. El polvo más pequeño, de 15 a 45 micras, es adecuado para la fabricación aditiva que requiere una buena fluidez y empaquetamiento. El polvo más grande, de 106-250 micras, se suele prensar y sinterizar.

Normas como ASTM F1805 e ISO 5832 proporcionan los límites de composición y las propiedades requeridas para el polvo ELI 23 de grado biomédico. También se pueden producir composiciones de aleación y tamaños de partícula personalizados para satisfacer los requisitos de la aplicación.

Proveedores de polvo de aleación TiNbZrSn

Algunos de los principales proveedores mundiales de polvo de aleación TiNbZrSn son:

Proveedor	Ubicación
AMETEK	EE.UU.
CNPC Polvo	China
GKN Hoeganaes	Europa
Tecnología LPW	REINO UNIDO
Sandvik Osprey	REINO UNIDO

Los proveedores de renombre como éstos cuentan con avanzadas instalaciones propias de producción de polvo mediante atomización con gas o procesos de hidruro-deshidruro. Pueden proporcionar diversas distribuciones de tamaño de partícula y personalizar la composición de la aleación según sea necesario.

Se ofrecen desde pequeñas cantidades para prototipos hasta grandes volúmenes comerciales. Los proveedores aplican estrictos controles de calidad y pruebas para garantizar que el polvo cumple las especificaciones.

Precios del polvo de aleación TiNbZrSn

Como aleación especial avanzada, el polvo de TiNbZrSn tiene un precio elevado:

Grado de polvo	Precios
5º curso	$350-$500 por kg
Grado 23	$450-$650 por kg
Grado 23 ELI	$550-$750 por kg

El precio depende de la cantidad del pedido, la distribución granulométrica, la forma y la composición. Las cantidades más pequeñas de polvo esférico fino son más caras. El polvo irregular y los lotes más grandes suponen un ahorro.

El precio es varias veces superior al de aleaciones comunes como el polvo de acero inoxidable 316L. Sin embargo, las propiedades superiores justifican el mayor coste para aplicaciones críticas que requieren un rendimiento máximo.

Manipulación de polvo de aleación TiNbZrSn

Para manipular con seguridad el polvo de aleación TiNbZrSn:

• Almacenar los envases cerrados en un ambiente fresco y seco para evitar la oxidación y la hidratación
• Evitar derrames para evitar la acumulación de polvo como peligro de explosión
• Conectar a tierra todo el equipo de manipulación de polvo y los recipientes de transporte
• Utilizar guantes y protección respiratoria al manipular el polvo
• Utilizar herramientas que no produzcan chispas y sistemas de vacío con recubrimiento de gas inerte.
• Utilizar ventilación y extracción de humos en el punto de origen cuando sea necesario.

El fino tamaño de las partículas hace que el polvo de TiNbZrSn sea inflamable cuando se dispersa. Es esencial una manipulación cuidadosa siguiendo los protocolos de seguridad. Se recomienda la manipulación automatizada en cajas de guantes y sistemas de contención.

Inspección de aleaciones TiNbZrSn en polvo

El polvo de aleación TiNbZrSn debe inspeccionarse para:

Parámetro	Método	Criterios de aceptación
Distribución granulométrica	Difracción láser, tamizado	Cumple la gama especificada
Forma de las partículas	Imágenes SEM	Superficies esféricas y lisas
Química de partículas	EDX/EDS, ICP-OES	Se ajusta a la composición especificada
Oxígeno/nitrógeno	Fusión de gases inertes	Por debajo de 2000 ppm de oxígeno
Densidad aparente	Caudalímetro Hall	Mejor flujo para mayor densidad
Caudal	Caudalímetro Hall	Fluye libremente por la abertura

Estas pruebas garantizan que el polvo cumple las especificaciones de tamaño, forma, composición química, limpieza y fluidez necesarias para su uso en AM o press-and-sinter.

Pruebas de polvo de aleación TiNbZrSn

Para calificar el polvo de aleación TiNbZrSn pueden realizarse las siguientes pruebas adicionales:

Prueba	Método	Propósito
Compresibilidad	Prensado uniaxial	Evaluar la respuesta de compactación
Fuerza verde	Resistencia a la rotura transversal	Medir la resistencia antes de la sinterización
Densidad tras la sinterización	Medición dimensional	Garantizar la plena consolidación
Microestructura	Microscopía óptica, SEM	Evaluar la fusión, la porosidad, los granos
Dureza	Pruebas Vickers/Rockwell	Verificar las propiedades mecánicas
Resistencia a la tracción	ASTM E8	Medir UTS, límite elástico, alargamiento

El ensayo de muestras comprimidas y sinterizadas es prudente para confirmar la procesabilidad del polvo y las propiedades mecánicas finales frente a los requisitos de diseño.

Ventajas e inconvenientes del polvo de aleación TiNbZrSn

Ventajas	Desventajas
Excepcional relación resistencia-peso	Caro en comparación con las aleaciones comunes
Mayor elasticidad que otras aleaciones de alta resistencia	Menor ductilidad que las aleaciones de titanio
Excelente dureza y resistencia al desgaste	Requiere una manipulación cuidadosa debido a su reactividad
Resiste la corrosión en entornos difíciles	Difícil de mecanizar y moler
Biocompatible para usos médicos	Proveedores y disponibilidad limitados
Soporta temperaturas extremadamente altas	Necesita prensado isostático en caliente para una consolidación completa

Para aplicaciones críticas en las que el rendimiento supera al coste, el polvo de aleación TiNbZrSn ofrece propiedades inigualables por otras aleaciones. Las principales limitaciones son el coste y la disponibilidad.

Comparación del TiNbZrSn con otras aleaciones

¿Cómo se compara el TiNbZrSn con otros polvos de aleación de alto rendimiento?

Frente al acero inoxidable:

• 2 veces mayor resistencia
• 70% menor densidad
• Dureza 5 veces superior
• Mayor resistencia a la corrosión

Frente a las aleaciones de titanio:

• 50% mayor elasticidad
• 20% mayor dureza
• Mayor resistencia a la fluencia
• Menor ductilidad

Frente a las aleaciones de cobalto-cromo:

• Menor densidad
• Sin efectos tóxicos
• Mayor temperatura de servicio
• Menor tenacidad

Frente a las superaleaciones con base de Ni:

• Tratamiento más sencillo
• Menor coste
• Capacidad para temperaturas más bajas
• Menor resistencia a la fluencia

Así pues, TiNbZrSn presenta un equilibrio óptimo de propiedades que no se encuentra en otras aleaciones, lo que la hace adecuada para las aplicaciones más exigentes.

Perspectivas de uso del polvo de aleación TiNbZrSn

He aquí algunas claves para utilizar el TiNbZrSn con eficacia:

• El polvo atomizado con gas con una distribución controlada del tamaño de las partículas fluye y se empaqueta mejor para la AM
• El polvo irregular requiere mayores presiones para la compactación y la sinterización
• El prensado isostático en caliente ayuda a conseguir la máxima densidad y propiedades
• El recocido puede utilizarse para adaptar la ductilidad y la tenacidad según sea necesario.
• Las piezas de forma casi neta minimizan el costoso mecanizado de los componentes sinterizados
• Los tratamientos superficiales mejoran la resistencia al desgaste en aplicaciones de contacto por deslizamiento
• La unión de materiales distintos al TiNbZrSn requiere la selección del proceso adecuado.
• Las estrictas cualificaciones y pruebas de los proveedores ayudan a garantizar la calidad y el rendimiento del polvo

Comprender las relaciones entre procesamiento, microestructura y propiedades es importante para aprovechar todo el potencial de esta aleación excepcional.

Preguntas frecuentes

Éstas son algunas de las preguntas más frecuentes sobre el polvo de aleación TiNbZrSn:

P: ¿Es compatible el polvo TiNbZrSn con la impresión 3D?

R: Sí, el TiNbZrSn atomizado con gas con tamaño de partícula controlado y alta esfericidad puede utilizarse para procesos de fusión de lecho de polvo y deposición de energía dirigida AM. Es necesario optimizar los parámetros para lograr una alta densidad.

P: ¿Qué tamaño de partícula es mejor para la fabricación aditiva?

R: Se recomiendan de 15 a 45 micras, lo que garantiza un buen flujo y empaquetado del polvo. También se han impreso con éxito tamaños mayores, de hasta 106 micras, para algunas aplicaciones que requieren capas más gruesas.

P: ¿Necesita TiNbZrSn prensado isostático en caliente después de la AM?

R: El HIP ayuda a maximizar la densidad, eliminar los poros internos y mejorar las propiedades mecánicas. Sin embargo, para algunas aplicaciones menos exigentes, las piezas de TiNbZrSn impresas pueden cumplir los requisitos sin HIP.

P: ¿Se puede mecanizar y rectificar la aleación TiNbZrSn?

R: Sí, pero requiere configuraciones rígidas, refrigerante a alta presión, herramientas de metal duro afiladas y abrasivos finos. Debido a su dureza, los avances y las velocidades deben ser inferiores a los de las aleaciones convencionales.

P: ¿Es adecuado el TiNbZrSn para implantes biomédicos?

R: Sí, se ha utilizado para placas óseas e implantes de cadera y rodilla gracias a su biocompatibilidad, bajo módulo y alta resistencia, ideal para dispositivos de carga. El polvo ELI de grado 23 proporciona la pureza necesaria.

P: ¿Cuáles son las aplicaciones típicas de la aleación TiNbZrSn?

R: Componentes aeroespaciales como trenes de aterrizaje, muelles y elementos de fijación para automoción, implantes biomédicos, placas de blindaje, turbinas de generación de energía y utillaje para moldeo y estampación de chapas metálicas.

Conclusión

En resumen, el polvo de aleación TiNbZrSn ofrece una resistencia extraordinaria unida a una baja densidad, elasticidad y dureza como ninguna otra aleación convencional o avanzada. Aunque los costes son más elevados, muchas aplicaciones de rendimiento crítico justifican el gasto cuando las propiedades optimizadas del material son primordiales. Gracias a la mayor disponibilidad y a las continuas innovaciones, las capacidades únicas del TiNbZrSn se aprovecharán en más sectores en los próximos años.