Titanio puro en polvo

Visión general de Titanio puro en polvo

El polvo de titanio puro es una forma finamente dividida de titanio metálico, normalmente con tamaños de partícula que oscilan entre 10 y 150 micras. Presenta altos niveles de pureza de 99,5% o superior. Debido a sus propiedades inherentes de resistencia, ligereza, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad, el polvo de titanio puro tiene diversas aplicaciones comerciales e industriales.

Algunos atributos clave del polvo de titanio puro:

Características	Detalles
Fórmula química	Ti
Niveles de pureza	99,5%, 99,6%, 99,9% Ti
Gama de tamaños de partículas	10 μm a 150 μm
Forma	Esférica, irregular, angular
Proceso de fabricación	Atomización de gas, atomización de plasma.
Formularios de suministro	Polvos, gránulos, pasta

Algunas ventajas notables del polvo de titanio puro son su elevada relación resistencia-peso, su excepcional resistencia a la corrosión, su biocompatibilidad, su capacidad para soportar temperaturas extremas, su no toxicidad y su no magnetismo.

Sin embargo, las desventajas consisten en su elevado coste en comparación con los materiales de la competencia y las dificultades de mecanizado debido a su dureza inherente.

Composición del polvo de titanio puro

Como su nombre indica, el polvo de titanio comercialmente puro (CP) sólo contiene titanio como elemento principal, con pequeñas trazas de otros elementos como oxígeno, carbono, nitrógeno y hierro. Por definición, según las normas ASTM, debe tener un contenido mínimo de titanio superior a 99,5% para la designación "comercialmente puro".

Elemento	Gama de composición
Titanio (Ti)	99,5% min
Oxígeno (O)	Hasta 0,40%
Nitrógeno (N)	Hasta 0,03%
Carbono (C)	Hasta 0,08%
Hierro (Fe)	Hasta 0,20%
Otros metales (total)	Hasta 0,4%

Los elevados niveles de pureza se traducen en propiedades inherentes al titanio como alta resistencia a la corrosión, relación resistencia/densidad, límite de fatiga y compatibilidad biológica que lo hacen ideal para aplicaciones avanzadas.

Propiedades principales del titanio puro en polvo

La combinación única de propiedades físicas, químicas, eléctricas, térmicas y biológicas del polvo de titanio de alta pureza se deriva de su configuración electrónica y lo hace muy adecuado para aplicaciones nicho en los ámbitos aeroespacial, de implantes médicos y de ingeniería avanzada.

Propiedad	Valor
Densidad	4,5 g/cm3
Punto de fusión	1668 °C
Conductividad térmica	7-16 W/mK
Fuerza específica	108 kN-m/kg
Resistencia a la tracción	240-550 MPa
Resistencia a la corrosión	Excelente
Biocompatibilidad	Excelente
Resistividad eléctrica	420-680 Ω.m
No toxicidad	Sí
No magnetismo	Sí

Los elevados niveles de pureza se traducen en propiedades inherentes al titanio como su alta resistencia a la corrosión, su relación resistencia/densidad, su límite de fatiga y su compatibilidad biológica, que lo hacen ideal para aplicaciones avanzadas.

En forma de partículas como polvo, el titanio conserva sus atributos clave. La distribución del tamaño de las partículas y la morfología del polvo influyen en las propiedades finales de una pieza o componente fabricado a partir del polvo.

Aplicaciones del titanio puro en polvo

Gracias a la versatilidad de sus propiedades, el polvo de titanio de alta pureza se utiliza en muchos sectores críticos, desde componentes aeroespaciales a implantes médicos, pasando por piezas de automóviles y aplicaciones energéticas.

Algunas de las principales áreas de aplicación:

Industria	Aplicaciones
Aeroespacial	Componentes de motores, piezas de naves espaciales
Médico	Implantes ortopédicos y dentales, instrumental quirúrgico
Química	Equipos resistentes a la corrosión, reactores, intercambiadores de calor
Generación de energía	Álabes de turbinas de vapor, intercambiadores de calor de metal líquido
Automoción	Válvulas, bielas, muelles, tornillería
Consumidores	Equipamiento deportivo, monturas de gafas, relojes
Áreas emergentes	Fabricación aditiva, baterías, desalinización del agua de mar

La biocompatibilidad y la resistencia a la corrosión permiten imprimir en 3D polvo de titanio en estructuras porosas ideales para implantes médicos que se integran en el cuerpo. La ligereza y la capacidad de funcionar a altas temperaturas hacen que el titanio resulte atractivo para piezas de motores aeroespaciales y otras estructuras.

A escala mundial, el segmento biomédico representa más de 37% del consumo de polvo de titanio, seguido del aeroespacial, con una cuota de 26%. Es probable que el sector de la fabricación aditiva registre el mayor crecimiento, con una CAGR de más de 20%, durante la próxima década, lo que impulsará la demanda de polvo de titanio.

Especificaciones de Titanio puro en polvo

El polvo de titanio comercialmente puro está disponible en especificaciones normalizadas según los grados definidos por ASTM International y otros organismos reguladores. Los grados se basan en niveles de pureza que van desde el Grado 1, con un contenido mínimo de Ti de 99,5%, hasta el Grado 4, con un contenido mínimo de Ti de 99,5%. Los grados superiores poseen mejores propiedades mecánicas.

Grado	Contenido mínimo de Ti (%)	Impurezas clave
Grado 1	99.5%	O, Fe
Grado 2	99.5%	O, C, Fe
Grado 3	99.5%	O, N, C
Grado 4	99.5%	O, C, N, Fe

Distribución del tamaño de las partículas

El tamaño de las partículas y su distribución es una característica importante que influye en la idoneidad de la aplicación, la fluidez del polvo, la densidad final de la pieza y otras propiedades.

Las partículas de polvo de titanio se clasifican mediante tamices de ensayo estándar designados en micras o números de malla. Las distribuciones granulométricas más comunes son:

Tamaños	Atributos	Aplicaciones
10 a 45 micras	- Mayor densidad de tomas - Flujo de polvo mejorado	Fabricación aditiva, moldeo por inyección de metales
45 a 106 micras	- Flujo de polvo moderado	Piezas prensadas y sinterizadas, MIM
106 a 150 micras	- Menor coste - Mayor productividad	Aplicaciones no críticas

Las partículas más finas ofrecen una mejor densificación, mientras que el polvo más grueso es adecuado para aplicaciones de alto rendimiento. Se pueden fabricar distribuciones granulométricas personalizadas adaptadas al uso final mediante controles de proceso.

Morfología y forma

La morfología y la forma de cada partícula de polvo afectan a las propiedades finales. Los polvos esféricos ofrecen una mejor fluidez y densidad de empaquetamiento en comparación con las formas irregulares. Las distintas técnicas de fabricación dan lugar a una morfología variada:

• Los polvos atomizados con gas tienen partículas esféricas de superficie lisa y mayor pureza
• Las partículas de polvo atomizadas por plasma son más irregulares y porosas, con una distribución de tamaños más amplia.
• El proceso hidruro-dehidruro crea partículas angulosas e irregulares

Los fabricantes proporcionan imágenes que muestran la forma de las partículas y la morfología de su superficie. Los clientes pueden solicitar muestras para analizar la forma y las características de las partículas según sus necesidades de aplicación. Una morfología de partículas bien controlada mejora la calidad de la pieza final.

Proveedores globales

El polvo de titanio de alta pureza es producido por un número limitado de fabricantes debido al proceso de producción altamente técnico y de alto consumo energético. Los principales proveedores mundiales son:

Empresa	País
Polvos y revestimientos avanzados	EE.UU.
AP&C Canadá	Canadá
ATI Polvos Metálicos	EE.UU.
Tecnología Carpenter	EE.UU.
OSAKA Titanio	Japón
Toho Titanio	Japón

Varios fabricantes indios también producen polvo de titanio CP para abastecer a los mercados nacionales. Se ofrecen servicios personalizados de procesamiento por encargo en los que los lingotes y la chatarra de titanio suministrados por el cliente se convierten en polvo.

Precios

Como producto metálico especial, el polvo de titanio CP tiene un precio más elevado que los polvos metálicos estándar. El coste depende en gran medida de:

• Grados de pureza: El polvo de grado 1, con una base de Ti de 99,5%, es el más caro; el polvo de grado 4, con más impurezas, es más barato.
• Método de procesamiento: El precio del polvo atomizado por gas es superior al del polvo atomizado por plasma
• Tamaño y distribución de las partículas: Los polvos más finos de menos de 45 micras son más caros que los de más de 106 micras.
• Volumen de compra: La compra de contenedores completos permite negociar los precios

Grado	Precios
Grado 1	$70-$195 por kg
Grado 2	$45-$115 por kg
Grado 3	$40-$100 por kg

Los precios varían entre los proveedores mundiales en función de los costes de producción, los contratos de materias primas, los gastos energéticos y las condiciones del mercado local. Los grandes compradores, capaces de hacer pedidos de gran volumen, ganan poder de negociación sobre los precios.

Comparación entre la pureza comercial y las aleaciones de titanio

El polvo de titanio comercialmente puro difiere de las aleaciones de titanio, que incorporan otros elementos metálicos como aluminio, vanadio y molibdeno para mejorar propiedades específicas como la resistencia y la dureza.

Atributo	Polvo comercialmente puro	Polvo de aleación de titanio
Composición	99,5%+ Ti	Ti + otros metales como Al, V, Mo
Pureza	Muy alta	Moderado
Coste	Caro	Bajo coste
Fuerza	Moderado	Muy alta
Dureza	Bajo	Alta
Resistencia a la corrosión	Excelente	Bien
Biocompatibilidad	Excelente	Moderado
Aplicaciones	Medicina, marina, intercambiadores de calor	Aeroespacial, automoción

El titanio CP favorece los dispositivos médicos implantados a largo plazo y las aplicaciones en agua de mar, donde la biocompatibilidad y el comportamiento frente a la corrosión son vitales, mientras que las aleaciones de titanio se seleccionan para las necesidades de resistencia mecánica.

Pros y contras de Titanio puro en polvo

El polvo de titanio puro ofrece muchas ventajas de rendimiento, pero también presenta algunos inconvenientes, como se indica a continuación:

Ventajas

• Excelente relación resistencia-peso
• Biocompatible y no tóxico
• Resistencia extrema a la corrosión
• Soporta altas temperaturas
• Propiedades fáciles de alear y modificar
• No magnético

Desventajas

• Material caro
• Reactivo al oxígeno a altas temperaturas
• Difícil de mecanizar a granel
• Baja dureza y resistencia al desgaste
• Requiere protección con gas inerte durante el procesamiento
• Disponibilidad mundial limitada

Con un buen diseño de ingeniería, las ventajas del polvo de titanio de alta pureza superan las limitaciones de las aplicaciones especializadas. Las investigaciones en curso se centran en la mejora de los métodos de fabricación para aumentar la eficacia y reducir los costes.

Perspectivas de la industria del titanio puro en polvo

El mercado mundial de polvo de titanio comercialmente puro ascendió a $800 millones de ingresos en 2022. Impulsados por los motores del crecimiento, se prevé que los ingresos alcancen los 1.454 millones de toneladas en 2030, con una saludable CAGR del 12,41% a lo largo de la década, según un estudio de mercado independiente.

Los aspectos clave que reforzarán la demanda son:

• Expansión de la industria de impresión 3D con polvo de titanio para componentes aeronáuticos
• Creciente penetración de los implantes y dispositivos médicos de titanio
• Políticas estrictas para que las desaladoras utilicen intercambiadores de calor de titanio
• Evolución de las técnicas de moldeo por inyección de metales y pulvimetalurgia
• Los sectores automovilístico y aeroespacial se decantan por las piezas ligeras de titanio
• Nuevos productos innovadores en bienes de consumo que utilizan titanio

Los retos que frenan el crecimiento del mercado son el elevado precio del titanio en comparación con el acero y el aluminio, el desequilibrio entre la oferta y la demanda, el proceso de producción intensivo y la disponibilidad de polvos competitivos como las aleaciones de cobalto y cromo.

Los principales operadores están invirtiendo para mejorar los métodos de producción, mientras que los nuevos proveedores de China, India y Corea intentarán hacerse con una cuota de mercado. A largo plazo, los analistas del sector siguen siendo optimistas sobre las brillantes perspectivas de los productores de polvo de titanio puro en los próximos diez años.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Qué es el polvo de titanio puro?

El polvo de titanio puro es una forma finamente dividida del metal titanio. Está formado por pequeñas partículas de titanio de gran pureza y suele utilizarse en diversas aplicaciones industriales.

¿Cómo se produce el polvo de titanio puro?

El polvo de titanio puro suele producirse mediante un proceso denominado pulvimetalurgia. En este método, la esponja de titanio u otras materias primas se atomizan o muelen en pequeñas partículas, que luego se utilizan para crear el polvo.

¿Qué características tiene el polvo de titanio puro?

El polvo de titanio puro es conocido por su alta resistencia a la corrosión, su excelente relación resistencia-peso y su biocompatibilidad. Es ligero, duradero y soporta condiciones ambientales adversas.

¿Cuáles son los usos habituales del polvo de titanio puro?

El polvo de titanio puro se utiliza en diversas aplicaciones, como la fabricación aditiva (impresión 3D), componentes aeroespaciales, implantes médicos y piezas de automoción. También se utiliza en la producción de fuegos artificiales y pigmentos.

¿Es seguro el polvo de titanio puro para uso humano?

Sí, el polvo de titanio puro se considera generalmente seguro para su uso en implantes médicos y aplicaciones dentales debido a su biocompatibilidad. Es hipoalergénico y no reacciona con el cuerpo humano.

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