Titanio esférico en polvo

Visión general

Polvo esférico de titanio es una forma de polvo metálico de titanio que se ha procesado para que tenga una morfología esférica. Se caracteriza por su alta esfericidad, superficie lisa, distribución controlada del tamaño de las partículas y buena fluidez.

Algunas propiedades y detalles clave del polvo de titanio esférico son:

Tipos

• Polvo de titanio puro
• Polvos de aleaciones de titanio (Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, etc.)

Métodos de producción

• Atomización de gas
• Proceso de electrodos rotativos de plasma (PREP)
• Atomización de gas de fusión por inducción de electrodos (EIGA)

Gama de tamaños de partículas

• 15-45 micras
• 45-100 micras
• 106-250 micras

Usos típicos

• Polvo de impresión 3D
• Moldeo por inyección de metales
• Pulverización térmica
• Producción de piezas de titanio

Características principales

• Esfericidad elevada (>90%)
• Distribución controlada del tamaño de las partículas
• Buena fluidez
• Alta pureza
• Menor superficie en comparación con los polvos irregulares

Tipos de Titanio esférico en polvo

Existen dos categorías principales de polvo esférico de titanio en función de su composición:

Cuadro 1: Tipos de polvo esférico de titanio

Tipo	Descripción
Titanio puro	99,5% titanio con bajos niveles de oxígeno y hierro
Aleaciones de titanio	Titanio combinado con aluminio + vanadio, niobio, etc.

Titanio puro en polvo

El polvo esférico de titanio puro contiene al menos 99,5% de titanio con límites máximos en los niveles de oxígeno y hierro. Tiene el mayor contenido de titanio en comparación con las aleaciones de titanio.

Composición típica:

• Titanio: 99,5% mínimo
• Oxígeno: 2000 ppm máximo
• Hierro: 3000 ppm máximo

Ofrece propiedades próximas a las del titanio metálico puro: alta resistencia, baja densidad y resistencia a la corrosión. Se utiliza cuando se necesita una gran pureza química.

Polvos de aleación de titanio

Los polvos de aleación de titanio más comunes son Ti-6Al-4V y Ti-6Al-7Nb, que contienen aluminio y adiciones de vanadio o niobio. También se producen otras aleaciones con elementos como molibdeno, circonio y estaño.

Ventajas de las aleaciones:

• Mayor resistencia
• Mayor capacidad de temperatura
• Mayor resistencia a la corrosión

Los polvos de aleación amplían la gama de aplicaciones más allá de los polvos de titanio puro.

Métodos de producción de polvo esférico

Se utilizan comercialmente varias técnicas de atomización con gas para fabricar polvo de titanio esférico con tamaños de partícula controlados:

Tabla 2: Procesos de producción de polvo de titanio esférico

Método	Principio	Tamaño de las partículas
Atomización de gases	Desintegración de corrientes fundidas por chorros de gas	15-106 μm
Electrodo rotativo de plasma (PREP)	Desintegración centrífuga de metal fundido	15-45 μm
Atomización de gas por inducción de electrodos (EIGA)	Fusión por inducción + atomización con gas	15-250 μm

Tamaños típicos producidos

La atomización con gas utiliza chorros de gas inerte de alta velocidad, como argón o nitrógeno, para romper una corriente fundida de metal de titanio en finas gotitas, que se solidifican y se convierten en polvo. Esto produce partículas esféricas con superficies lisas como resultado de los efectos de la tensión superficial.

PREP y EIGA son variantes que ofrecen un mayor control, distribuciones de tamaño más estrechas y optimización de la forma.

Especificaciones

Polvo esférico de titanio está disponible en varios cortes de tamaño clasificados según el diámetro de las partículas. Los rangos de tamaño más comunes basados en mallas incluyen:

Tabla 3: Especificaciones granulométricas

Clasificación por tamaños	Gama de mallas	Diámetro de las partículas
Pequeño	-325 mallas	<45 μm
Medio	Malla 140-325	45-100 μm
Grande	+100 mallas	>106 μm

Otros parámetros utilizados para especificar los polvos:

• Esfericidad: >90% indica la esfericidad de las partículas
• Densidad del grifo: 2,2-3,5 g/cm3 indica la densidad de empaquetamiento
• Proporción de Hausner: <1,25 indica fluidez
• Densidad aparente: gama basada en la composición
• Caudal: medición del caudal másico a través de un embudo

Las normas utilizadas para especificar los polvos incluyen ASTM B819, ASTM F3049, EN 10204/3.1.

Aplicaciones de Titanio esférico en polvo

La distribución controlada del tamaño de las partículas y la morfología esférica proporcionan ciertas ventajas que amplían los usos del polvo de titanio:

Tabla 4: Aplicaciones típicas del polvo esférico de titanio

Zona	Beneficios
Impresión 3D	Excelente fluidez, densidad de empaquetado para la fabricación aditiva
Moldeo por inyección de metales	Permite la fabricación de piezas complejas en forma de red
Pulverización térmica	Mejora la densidad del revestimiento y la eficacia de la deposición
Pulvimetalurgia	Facilita la fabricación de piezas de titanio como cierres, engranajes
Biomédica	Mejora las propiedades de los revestimientos superficiales para implantes
Aeroespacial	Se utiliza para reparar piezas de motores a reacción mediante prensado isostático en caliente

La principal ventaja del polvo esférico es que facilita la manipulación automatizada del material mejor que el polvo irregular. Esto permite fabricar componentes de titanio con una forma casi neta.

Proveedores y precios

El polvo metálico de titanio esférico lo venden varios fabricantes líderes:

Cuadro 5: Principales proveedores de polvo esférico de titanio

Empresa	Métodos de producción
AP&C	Atomización de gas
Tecnología Carpenter	Fusión por inducción de electrodos
Sandvik	Atomización por plasma
TLS Técnica	Atomización de gas
Tekna	Inducción de plasma

Estimación de precios:

• Titanio puro: $50-100 por kg
• Aleaciones de titanio: $70-150 por kg

Los precios varían en función de la cantidad pedida, la calidad del polvo, el tamaño de las partículas, la demanda del mercado y la economía de la oferta.

Ventajas e inconvenientes del polvo de titanio esférico

Tabla 6: Comparación de ventajas e inconvenientes

Ventajas	Desventajas
Excelente fluidez para la automatización	Coste más elevado que otras formas
Alta densidad de empaquetado	Disponibilidad limitada de tallas muy grandes
Distribución controlada del tamaño de las partículas	Requiere atmósfera inerte controlada
Capacidad de fabricación de formas próximas a la red	Reactivo a altas temperaturas
Se mezcla bien con otros polvos	Debe gestionarse el riesgo de explosión del polvo
Consigue propiedades de los materiales más parecidas a las del material a granel

En polvo esférico de titanio permite una mayor flexibilidad del proceso, también requiere precauciones de manipulación contra la ignición o la explosión. Su coste es superior al de otras formas, como los finos esponjosos.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el grado de pureza típico del polvo esférico de titanio?

Para los polvos de titanio puro, el nivel de pureza es de 99,5% de contenido mínimo de titanio según las normas ASTM. Para aleaciones como Ti-6Al-4V, el nivel de titanio es superior a 90% con rangos específicos para otros elementos.

¿Qué gama de tamaños es la más adecuada para la fabricación aditiva?

Para la mayoría de los procesos de fusión del lecho de polvo de titanio, el tamaño ideal de las partículas oscila entre 45 y 100 micras. Los tamaños más pequeños tienen un flujo deficiente, mientras que los tamaños más grandes afectan a la resolución. Normas como ASTM F3049 proporcionan especificaciones.

¿Afecta la forma esférica a las propiedades de las piezas impresas?

Sí, las partículas esféricas dan lugar a impresiones de mayor densidad con una mejor unión entre las partículas, lo que mejora las propiedades mecánicas. Las piezas pueden alcanzar propiedades más parecidas a las del titanio a granel.

¿Cuál es la capacidad de producción típica de polvo de titanio esférico?

Los principales fabricantes de polvo de titanio esférico tienen capacidades que oscilan entre unos cientos de toneladas anuales y más de 2.000 toneladas anuales en la actualidad. Se espera que las capacidades aumenten considerablemente para adaptarse al crecimiento de la AM metálica.

¿Cómo se determina el precio del polvo esférico de titanio?

El precio depende de la composición del polvo, la gama de tamaños de partícula, el método de producción, el volumen del pedido y las condiciones del mercado. Los tamaños más pequeños (<45 μm) suelen tener un precio 20-30% más elevado que los tamaños más grandes debido a la mayor dificultad de procesamiento y a la mayor demanda.

Conclusión

El polvo de titanio esférico tiene claras ventajas sobre otras formas de polvo de titanio en términos de fluidez, densidad de empaquetamiento y repetibilidad en el procesamiento automatizado del polvo. Esto permite fabricar componentes de forma casi neta con propiedades superiores.

Diversas técnicas de atomización con gas permiten la producción a medida de aleaciones de titanio y la distribución del tamaño de las partículas para métodos de fabricación como la impresión 3D de metales, que se basa en la tecnología de fusión de lechos de polvo.

A pesar del aumento de los precios, las ventajas de la morfología esférica impulsan su creciente adopción en todos los sectores para ampliar las aplicaciones del titanio metálico más allá del procesamiento convencional. Los avances continúan, mejorando las distribuciones de tamaño y las composiciones de las aleaciones para mejorar aún más las propiedades.

conocer más procesos de impresión 3D

Preguntas más frecuentes (FAQ)

1) What PSD and morphology are optimal for Spherical Titanium Powder in LPBF?

• Use highly spherical 15–45 µm for fine-feature LPBF and 25–53 µm for general-purpose builds. Target low satellite fraction and Hausner ratio ≤1.25 to ensure spreadability and stable melt pools.

2) How do oxygen and nitrogen levels affect mechanical properties?

• Interstitials raise strength/hardness but reduce ductility and fatigue. For Ti-6Al-4V, keep O ≤0.15 wt% (AM-grade often ≤0.12%) and N ≤0.03 wt% to balance tensile strength with elongation and LCF/HCF performance.

3) PREP vs. EIGA vs. gas atomization—how should I choose?

• PREP: highest sphericity/cleanliness, narrow PSD, premium cost; ideal for critical aerospace/medical. EIGA: excellent cleanliness (no crucible contact), broad PSD. Gas atomization: scalable and cost-effective; cleanliness depends on process controls and gas purity.

4) Can Spherical Titanium Powder be reused without degrading part quality?

• Yes, with controls: sieve between builds; monitor O/N/H and moisture/LOD, PSD drift, and flow/tap density. Set reuse limits by application risk (e.g., 3–10 cycles) and blend with virgin powder to maintain interstitial specs.

5) What safety practices are essential when handling Spherical Titanium Powder?

• Follow NFPA 484: inert gas handling where possible, explosion-rated dust collection, grounding/bonding to prevent static, Class D extinguishers, and minimize open-air transfers. Maintain housekeeping to avoid dust accumulation.

2025 Industry Trends

• Medical-grade traceability: Wider adoption of EN 10204/3.1 certificates, full lot genealogy, and validated cleaning/packaging for implant-grade Ti-6Al-4V ELI powders.
• Ultra-clean atomization: Growth of EIGA/PREP capacities with closed-loop argon systems and inline O2/N2 analyzers to cut interstitial pickup and gas consumption.
• Fine cuts for binder jetting: Increased supply of 5–25 µm Ti and Ti-6Al-4V with deagglomeration steps and anti-caking packaging.
• Powder circularity: Buy-back and reconditioning programs with certified O/N/H restoration and PSD rebalancing to lower total cost of ownership.
• Data-rich CoAs: Routine inclusion of SEM morphology sets, raw PSD files, O/N/H trends, and exposure time logs to accelerate PPAP/FAI.

2025 Snapshot: Spherical Titanium Powder KPIs

Metric (2025e)	Typical Value/Range	Notes/Source
AM-grade PSD (LPBF)	D10 15–20 µm; D50 25–35 µm; D90 40–50 µm	ISO/ASTM 52907 context
Oxygen (Ti-6Al-4V AM-grade)	≤0.08–0.12 wt%	Supplier CoAs
Nitrogen (AM-grade)	≤0.02–0.03 wt%	Supplier CoAs
Esfericidad	≥90–95%	Análisis de imágenes SEM
Densidad aparente	2.3–2.9 g/cm³ (alloy/PSD dependent)	Hall/Carney methods
Typical LPBF density (as-built)	≥99.5% relative with tuned parameters	CT verification
Market price band	~$70–$200+/kg (grade/process/cut)	Industry quotes
Plazo de entrega	3–8 weeks stocked; 8–12 weeks MTO	Market averages

Authoritative sources:

• ISO/ASTM 52907 (AM feedstock), ASTM F3049 (powder characterization): https://www.astm.org, https://www.iso.org
• ASTM F2924 (Ti-6Al-4V AM), ASTM F3001 (ELI for AM)
• ASM Handbook, Vol. 7: Powder Metallurgy: https://www.asminternational.org
• NFPA 484 Combustible Metals: https://www.nfpa.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Elevated-Fatigue Ti-6Al-4V via PREP Powder and Optimized Reuse (2025)

• Background: An aerospace Tier-1 required tighter fatigue scatter on LPBF brackets while reducing powder waste.
• Solution: Switched to PREP Spherical Titanium Powder (D50 ~32 µm, O 0.09 wt%); instituted reuse SOP with sieve control, O/N/H monitoring, and 20% virgin top-up per cycle; applied in-situ melt pool monitoring and HIP + aging.
• Results: Relative density 99.8%; HCF life at R=0.1 improved 18% with 40% reduction in scatter; powder cost −16% per part through controlled reuse without breaching interstitial specs.

Case Study 2: Binder-Jetted Pure Titanium Heat Exchangers (2024/2025)

• Background: A clean-energy startup needed compact, corrosion-resistant heat exchangers with complex lattices.
• Solution: Adopted 8–25 µm Spherical Titanium Powder (commercially pure, O ≤0.08 wt%); solvent debind + high-purity Ar sinter; diffusion-bonded face sheets; helium leak testing and passivation.
• Results: Leak rate ≤1×10⁻⁹ mbar·L/s; pressure drop −23% vs. machined design; unit cost −28% at 2k units/year; corrosion performance matched CP-Ti benchmarks in chloride tests.

Opiniones de expertos

• Prof. Iain Todd, Professor of Metallurgy and Materials Processing, University of Sheffield
• Viewpoint: “For titanium AM, controlling interstitials and PSD tails is as crucial as scan parameters—both dictate density, fatigue, and repeatability.”
• Dr. Christina Bertulli, Director of Materials Engineering, EOS
• Viewpoint: “Integrating HIP and well-defined powder reuse limits enables aerospace-grade properties without prohibitive powder costs, especially for Ti-6Al-4V.”
• Dr. Beatriz Martinez, Director of AM Powders, Sandvik Osprey
• Viewpoint: “EIGA and PREP deliver superior cleanliness by avoiding crucible contact; coupled with argon recirculation, they cut gas use while tightening O/N control.”

Practical Tools/Resources

• Standards and guides: ISO/ASTM 52907; ASTM F3049; ASTM F2924 (Ti-6Al-4V AM); ASTM F3001 (ELI); EN 10204/3.1 certification
• Metrology: Inert gas fusion (O/N/H), laser diffraction (PSD), SEM morphology, Hall/Carney flow, helium pycnometry, micro-CT for porosity
• AM process control: In-situ layer/melt pool monitoring, powder exposure logging, reuse SOPs, HIP and heat-treatment recipes for Ti alloys
• Safety/EHS: NFPA 484; OSHA combustible dust guidance; ATEX/IECEx zoning
• Design/simulation: Ansys/Simufact Additive for distortion/residual stress; JMatPro or Thermo-Calc/TC-Prisma for phase and precipitation in Ti alloys

Implementation tips:

• Specify CoA with full chemistry (including O/N/H), PSD (D10/D50/D90), sphericity/SEM images, flow/tap/apparent density, moisture/LOD, and lot genealogy.
• Match PSD to process: 15–45 µm for fine-feature LPBF; 25–53 µm general LPBF; 45–106 µm for DED; 5–25 µm for binder jetting.
• Establish reuse limits per application; track O/N/H and PSD drift; blend with virgin and maintain SPC on density and mechanicals.
• Use HIP for fatigue/leak-critical parts; verify via CT, microhardness mapping, and relevant fatigue/corrosion tests before production release.

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added 5-question FAQ, 2025 KPI table for Spherical Titanium Powder, two case studies (LPBF aerospace brackets and binder-jetted heat exchangers), expert viewpoints, and practical tools/resources with implementation tips
Next review date & triggers: 2026-04-20 or earlier if ISO/ASTM standards update, major supplier CoA practices change, or new data on Ti powder reuse and interstitial control is published