Equipo atomizador de gas de titanio
Índice
Visión general de equipo atomizador de gas de titanio
Los equipos de atomización de titanio con gas son dispositivos que se utilizan para atomizar (descomponer en partículas finas) el titanio metálico para diversas aplicaciones. Este equipo utiliza gas, normalmente argón, para atomizar el titanio fundido en un aerosol de finas gotitas.
Algunos detalles clave sobre los equipos atomizadores de gas de titanio:
- Se utiliza para producir polvos y revestimientos de titanio a partir de titanio fundido
- Depende de un gas inerte como el argón para atomizar el metal fundido
- Puede producir polvos finos de titanio de 10 micras a tamaños submicrónicos
- Permite controlar la distribución del tamaño del polvo y la morfología
- Los polvos tienen una gran pureza y fluidez
- Utilizado para fabricar polvos de titanio para el moldeo por inyección de metales (MIM)
- También se utiliza para producir revestimientos de titanio por pulverización térmica y polvos metálicos para impresión 3D
Tipos de equipos atomizadores de gas de titanio
Existen dos tipos principales de equipos de atomización de gas utilizados para la producción de polvo de titanio:
| Tipo | Descripción |
|---|---|
| Atomizador de acoplamiento corto | La corriente fundida de titanio se atomiza con gas dentro de una boquilla de acoplamiento estrecho justo en el punto en el que sale del crisol de fusión. Produce mayores rendimientos de polvos más finos. |
| Atomizador Free Fall | La corriente de titanio fundido cae libremente a través de una atmósfera de gas inerte y se atomiza en gotitas. Se utiliza normalmente para fabricar polvos más gruesos de más de 50 micras. |
Composición de Equipo atomizador de gas de titanio
El equipo de atomización de gas de titanio contiene los siguientes componentes clave:
| Componente | Composición |
|---|---|
| Crisol de fusión | Fabricado en cobre debido a su alta conductividad térmica y clasificado para altos puntos de fusión por encima de 1660°C. Puede contener calavera de titanio solidificado en el fondo. |
| Bobinas de inducción | Las bobinas de inducción de cobre refrigeradas por agua rodean el crisol y calientan la carga de titanio mediante inducción electromagnética para alcanzar el punto de fusión. |
| Tubo de vertido | El titanio fundido fluye por este tubo de vertido cerámico hasta la boquilla de atomización. Mantiene el oxígeno alejado de la corriente de fusión. |
| Boquilla atomizadora | Diseño avanzado de boquilla de alta presión para que el gas inerte interactúe con la masa fundida de titanio en condiciones precisas y produzca gotas finas. |
| Control de gases | Controla los parámetros del flujo de gas, como la presión, la velocidad y la turbulencia, para lograr los rendimientos de polvo y la distribución de tamaños de partículas deseados. |
| Sistema de recogida | Recoge y separa los productos en polvo del gas de atomización, normalmente mediante ciclones y bolsas filtrantes. |
Propiedades de los polvos atomizadores de gas de titanio
Los polvos de titanio atomizados con gas tienen las siguientes propiedades típicas:
| Propiedad | Detalles | Ventajas |
|---|---|---|
| Pureza | Más de 99,5% de contenido en titanio | Excelente resistencia a la corrosión. |
| Forma de las partículas | Morfología mayoritariamente esférica | Mejora el flujo de polvo y la densidad de empaquetado |
| Tamaños | Desde submicras hasta 300 micras | Controlable en función de la aplicación |
| Fluidez | Excelente gracias a su forma esférica | Útil para la fabricación aditiva |
| Densidad aparente | Alrededor de 2 g/cm3 | Igual que el titanio forjado |
| Porosidad | Baja - Partículas muy densas | Mejora las propiedades mecánicas |
| Contenido de oxígeno | Desde 0,13% | Mantiene la resistencia del titanio tras la consolidación |
Características de los polvos de titanio atomizados con gas
Características principales de las partículas de polvos de titanio atomizados con gas inerte:
- Morfología de superficie lisa
- Distribución estrecha del tamaño de partículas
- Partículas satélite o aglomeración mínimas
- Limpieza química con baja captación de oxígeno y nitrógeno
Estas características permiten utilizar eficazmente los polvos en diversas aplicaciones que requieren gran pureza y fluidez.
Aplicaciones de los polvos atomizadores de gas de titanio
Algunas aplicaciones típicas de los polvos de titanio atomizados con gas son:
Fabricación aditiva
- Fusión selectiva por láser (SLM)
- Fusión por haz de electrones (EBM)
- Chorro aglomerante
Moldeo por inyección de metales
- Materia prima de gran pureza para MIM
- Mejora las propiedades mecánicas
Rociadores térmicos
- Revestimientos resistentes al desgaste
- Componentes de motores aeroespaciales
Especificaciones de los polvos de titanio obtenidos por atomización con gas
Los polvos de titanio atomizados con gas están disponibles en cortes de varios tamaños y deben cumplir determinadas especificaciones de propiedades en función de la aplicación:
| Parámetro | Alcance típico |
|---|---|
| Distribución del tamaño de las partículas | 10 - 45 μm, 15-53 μm, 45-100 μm, etc. |
| Densidad aparente | ≥ 2 g/cm3 |
| Caudal | 25-35 s/50g |
| Forma de las partículas | Predominantemente esférico |
| Pureza | ≥ 99,5% Contenido de Ti |
| Contenido de oxígeno | ≤ 0,25% |
Proveedores de equipos atomizadores de gas de titanio
Algunos de los principales proveedores mundiales de equipos de atomización de gas de titanio son:
| Proveedor | Ubicación | Modelos |
|---|---|---|
| Procesado avanzado de materiales (AMP) | US | Atomizadores de acoplamiento corto y de caída libre |
| 3DCeram | Francia | Atomizadores Serie LAB |
| Pirógenesis Canadá | Canadá | Equipos de atomización por plasma |
| TSI Incorporated | US | Sistemas de atomización personalizados |
| Phoenix Scientific | US | Atomizadores de gas y agua integrados |
Precios para equipo atomizador de gas de titanio oscila entre $200.000 y más de $750.000 en función de la capacidad de atomización, los índices de rendimiento del polvo y opciones como los sistemas integrados de clasificación del polvo.
Ventajas e inconvenientes del proceso de atomización con gas de titanio
| Pros | Contras |
|---|---|
| Excelente pureza del polvo | Alto costo del equipo |
| Control del tamaño y la forma de las partículas | Bajo rendimiento del polvo en comparación con la atomización con agua |
| Menor captación de oxígeno | Se necesitan pasos adicionales para la clasificación del polvo |
| Polvos esféricos con buena fluidez | El consumo de argón añade costes |
| Amplia gama de tamaños de polvo | La manipulación de polvos pirofóricos plantea retos |
| Polvos adecuados para aplicaciones AM y MIM | Requiere experiencia del operador |
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Cuáles son los distintos métodos para producir polvo de titanio?
Los tres métodos principales para producir polvo de titanio son la atomización con gas, la atomización con plasma y el proceso de hidruro-deshidruro. La atomización con gas utiliza un gas inerte para atomizar el titanio fundido, el plasma utiliza sopletes de plasma, mientras que el HDH convierte el titanio en hidruro de titanio quebradizo que luego se tritura y deshidrogenada en polvo fino.
¿Qué tamaño de partícula puede conseguirse con el polvo de titanio atomizado con gas?
Utilizando boquillas de atomización de gas de acoplamiento estrecho, pueden conseguirse tamaños de partícula de polvo de titanio de hasta 10 micras, con tamaños medios en torno a las 20 micras. Los diseños especiales de las boquillas permiten producir también polvos submicrónicos.
¿Qué gas se utiliza normalmente en la atomización con gas de titanio?
El gas argón es el más utilizado debido a sus características inertes, su coste relativamente inferior en comparación con otros gases nobles como el helio y el neón, y sus adecuados efectos de atomización. Se utiliza argón de alta pureza (≥99,999%) para minimizar el riesgo de contaminación.
¿Cuál es la ventaja del polvo de titanio esférico?
La morfología esférica del polvo de titanio atomizado con gas aporta algunas ventajas importantes, como una excelente fluidez, mayor densidad de empaquetamiento, mejor compactación, fusión uniforme y mejores propiedades finales de la pieza, como isotropía y resistencia a la fatiga.
¿Cómo se calcula el rendimiento del polvo en la atomización con gas de titanio?
El rendimiento del polvo se refiere al porcentaje de masa de polvo final recogida en comparación con la masa inicial de titanio fundido introducida. El rendimiento depende de factores como la geometría de la boquilla, el caudal de gas y el recalentamiento de la masa fundida, y puede oscilar entre 30 y 60% para el titanio. Es necesario optimizar las condiciones de atomización para maximizar el rendimiento.
¿Qué industrias utilizan polvos de titanio atomizados con gas?
Las industrias clave que utilizan polvo de titanio atomizado con gas son la aeroespacial, la médica, la de defensa, la de artículos deportivos, la de automoción y la de procesamiento químico. Los polvos se utilizan para producir componentes de titanio de forma casi neta mediante moldeo por inyección de metal, fabricación aditiva o pulverización térmica.
Conclusión
Los equipos de atomización de gas de titanio producen polvos esféricos de titanio de alta pureza necesarios para métodos avanzados de procesamiento de metales mediante la atomización con gas inerte de corrientes de titanio fundido. Mediante el control de los parámetros del proceso, se pueden fabricar de forma fiable polvos con tamaños y distribuciones de partículas personalizables, adecuados para procesos posteriores como la fabricación aditiva y el moldeo por inyección de metales. Los principales proveedores ofrecen sistemas integrados de fusión, atomización con gas y recogida de polvo para maximizar la productividad y las características del polvo, como la morfología, la captación de oxígeno y la densidad aparente. Los polvos de titanio producidos mediante atomización con gas se están adoptando cada vez más en sectores como el aeroespacial y el médico debido a las propiedades superiores que se consiguen en los componentes.
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