Hidruro de titanio en polvo

polvo de hidruro de titanio es un importante material avanzado con propiedades únicas que lo hacen adecuado para diversas aplicaciones industriales y comerciales. Este polvo está compuesto por átomos de titanio e hidrógeno unidos entre sí, lo que le confiere unas características físicas, químicas, mecánicas y de otro tipo distintivas.

Visión general de polvo de hidruro de titanio

El polvo de hidruro de titanio tiene la fórmula química TiH2 y un color gris oscuro. Algunos rasgos clave de este material incluyen:

• Gran capacidad de absorción y desorción de hidrógeno
• Propiedades mecánicas ligeras pero resistentes
• Resistencia a la corrosión y a los productos químicos
• Capacidad de modular la conductividad eléctrica
• Uso como agente espumante para metales de titanio
• Funcionalidad en una amplia gama de temperaturas
• Biocompatibilidad y no toxicidad

La naturaleza sintonizable del hidruro de titanio significa que puede servir para múltiples propósitos dependiendo de cómo se procese y utilice el polvo. Las siguientes secciones repasan la composición del polvo, los distintos métodos de producción, las propiedades clave y las aplicaciones en distintos sectores.

Composición del polvo de hidruro de titanio

Como su nombre indica, el polvo de hidruro de titanio está formado principalmente por átomos de titanio (Ti) e hidrógeno (H). Sin embargo, también pueden estar presentes pequeñas cantidades de otros elementos como oxígeno, carbono, nitrógeno, hierro, aluminio o vanadio.

Los niveles de pureza y las proporciones de titanio e hidrógeno pueden variar entre los distintos grados de polvo:

Contenido en titanio	Contenido de hidrógeno
90-98%	2-10%

El hidruro de titanio de mayor pureza contiene menos impurezas y es adecuado para aplicaciones más exigentes, mientras que las variedades menos puras son más baratas para uso general.

Métodos de producción de hidruro de titanio

Las técnicas más comunes para producir polvo de hidruro de titanio son:

• Hidrogenación de polvos de titanio: El polvo de titanio se expone a gas hidrógeno a presión a temperaturas elevadas, lo que provoca la absorción de hidrógeno y la formación de TiH2. Este método permite un buen control de la forma, el tamaño y la morfología del polvo.
• Hidrogenación directa de esponja de titanio: El polvo de hidruro de titanio se fabrica directamente a partir de esponja de titanio mediante hidrogenación. Con este método de un solo paso se obtienen formas de polvo irregulares.
• Electrólisis de sales fundidas: Utiliza electrolitos fundidos que contienen sales de titanio disueltas para electrodepositar polvo de hidruro de titanio mediante hidrogenación electrolítica.
• Fresado mecánico: La molienda de bolas de alta energía de compuestos que contienen titanio e hidrógeno convierte y homogeneiza la mezcla en polvo de hidruro de titanio mediante mecanoquímica.

La forma de las partículas, la distribución de tamaños, la densidad de toma, los niveles de pureza, las relaciones de composición y las características del polvo pueden adaptarse a los requisitos de la aplicación ajustando los parámetros de producción.

Propiedades clave de Hidruro de titanio en polvo

El hidruro de titanio posee varias propiedades físicas, químicas, eléctricas, mecánicas y biológicas únicas que le confieren una funcionalidad avanzada.

Propiedades físicas

Propiedad	Valores
Color	Gris oscuro
Punto de fusión	1680°C
Punto de ebullición	N/A
Densidad	3,75 g/cm3

Su elevado punto de fusión permite al hidruro de titanio conservar su estado sólido en una amplia gama de temperaturas en entornos industriales.

Propiedades químicas

• Excelente resistencia a la corrosión gracias a la formación espontánea de películas superficiales protectoras de óxido de titanio tras la exposición al aire o la humedad.
• Su baja reactividad química lo hace inerte a la mayoría de ácidos, álcalis y productos químicos orgánicos.
• Se oxida fácilmente por encima de 400°C
• Absorbe grandes cantidades de hidrógeno gaseoso durante la hidrogenación y libera hidrógeno al calentarse

Propiedades mecánicas

Propiedad	Valores
Dureza	750-950 HV
Resistencia a la fractura	~1 MPa√m
Módulo de Young	100-165 GPa
Módulo de cizallamiento	32-43 GPa
Módulo de masa	57-93 GPa
Relación de Poisson	0.18-0.40
Resistencia a la compresión	0,5-1 GPa

La elevada resistencia y tenacidad a la fractura, unidas a su baja densidad, dan lugar a una excelente relación resistencia-peso del polvo de hidruro de titanio. También es resistente a la abrasión y al desgaste.

Propiedades eléctricas

La conductividad eléctrica del hidruro de titanio puede controlarse en una amplia gama en función del historial de procesamiento. Los valores específicos de resistividad eléctrica son:

Propiedad	Valores
Resistividad eléctrica	0,55 - 14 μΩ-m

Demuestra un comportamiento de conmutación eléctrica debido a transiciones de fase reversibles entre estructuras cristalinas durante ciclos de absorción-desorción de hidrógeno.

Propiedades biológicas

• Bioinerte - citotoxicidad o respuesta del sistema inmunitario mínimas que permiten usos biomédicos
• No alergénico y no irritante
• No es magnético y no interfiere con las imágenes médicas

En general, el hidruro de titanio es resistente a la corrosión, ligero, fuerte, duradero, eléctricamente funcional, estable a distintas temperaturas y biocompatible. Estas características contribuyen a su versatilidad y a su adopción para aplicaciones especializadas.

Aplicaciones del polvo de hidruro de titanio

Los excelentes atributos de almacenamiento y liberación de hidrógeno, junto con sus ventajosas propiedades físicas, químicas, eléctricas, mecánicas y biológicas, hacen que el hidruro de titanio sea adecuado para diversos usos comerciales e industriales:

Almacenamiento de energía

• Material de almacenamiento de hidrógeno en estado sólido recargable: las pilas de combustible portátiles y los vehículos eléctricos utilizan hidruro de titanio como fuente de hidrógeno.
• Funciona como material anódico, mejorando el rendimiento de algunas baterías químicas.

Fabricación de productos químicos

• Se utiliza para almacenar gas hidrógeno de forma segura a temperatura ambiente y presión atmosférica
• Sirve como fuente de hidrógeno estable y cómoda para la síntesis química o la fabricación de semiconductores

Agente espumante

• La descomposición del hidruro de titanio proporciona puntos de nucleación para la formación de espuma de metal de titanio fundido en una estructura porosa con bajas densidades y altas áreas superficiales.

Pulvimetalurgia

• Elemento de aleación que modifica las propiedades de refuerzo, endurecimiento o térmicas.
• Inhibidor del crecimiento de grano para controlar las microestructuras de aleaciones de titanio sinterizadas
• Mejora el flujo de polvo, la densidad de empaquetado y la compactibilidad

Biomédica

• Dispositivos médicos implantables, prótesis, implantes dentales y ortopédicos
• Andamios biológicos y estructuras porosas para el crecimiento de tejidos

En la siguiente sección se examinan las distintas especificaciones, tamaños, grados y normas de los productos de hidruro de titanio disponibles.

Especificaciones del hidruro de titanio

El hidruro de titanio se comercializa en polvo, gránulos, pasta y formas moldeadas para satisfacer los requisitos de la aplicación. A continuación se describen diversas normas, tamaños, grados y fabricantes de productos:

Tamaños y distribuciones de polvo

Tipo	Gama de tamaños de partículas
Polvo ultrafino	0,1 - 1 μm
Polvo fino	1 - 10 μm
Polvo grueso	10 - 100 μm

Es posible obtener distribuciones granulométricas estrechas y personalizadas para un rendimiento óptimo.

Grados de pureza

• Baja pureza: Hasta 98% hidruro de titanio con impurezas
• Pureza media: Contenido mínimo de hidruro de titanio 98%
• Alta pureza: Niveles de ensayo de hidruro de titanio de hasta 99,9%

Los grados de alta pureza son más caros pero ofrecen mejores propiedades.

Normas del sector

• ASTM B743: Especificación estándar para polvo de hidruro de titanio (grados R58001-R58003) utilizado en compactos pulvimetalúrgicos.
• ASTM C737: Especifica los límites mínimos de ensayo e impurezas y los protocolos de muestreo para los polvos de hidruro de titanio de calidad nuclear.
• MIL-T-19504E: Especificación militar que normaliza las técnicas utilizadas para evaluar diversas métricas de calidad y criterios de inspección.

Estas normas ayudan a definir composiciones de polvo adecuadas para pruebas de cualificación estandarizadas y puntos de referencia de garantía de calidad en todas las industrias.

Proveedores mundiales y precios

Algunos destacados productores y proveedores mundiales de polvo de hidruro de titanio incluyen:

Empresa	Ubicación	Estimación de precios
GfE Metalle und Materialien GmbH	Alemania	$100 - $300 por kg
Micron Metals, Inc.	EE.UU.	$50 - $250 por kg
Jinzhou Haixin Metal Materials Co.	China	$30 - $100 por kg
Edgetech Industries LLC	REINO UNIDO	$250 - $1500 por kg

Los precios varían en función del volumen de los pedidos, los grados de polvo, los niveles de pureza, el tamaño de las partículas y la personalización.

Comparación entre Hidruro de titanio en polvo Grados

Los grados de polvo de hidruro de titanio difieren en función del método de producción, las relaciones gas-metal, las distribuciones granulométricas, las densidades de toma, los niveles de pureza y la forma del polvo.

Parámetro	Baja pureza	Pureza media	Alta pureza
Pureza	Hasta 98%	98-99.5%	99.5-99.9%
Contenido de hidrógeno	2-4 wt%	3-7 wt%	5-10 wt%
Contenido de oxígeno	0.3-3%	0.2-1%	<0,1%
Contenido de carbon	0.05-0.5%	<0,05%	<0,01%
Contenido en hierro	0.5-3%	0.1-0.5%	<0,05%
Contenido en níquel	0.1-1%	<0,05%	<0,01%
Forma de las partículas	Irregular, escamoso	Granulado, esférico	Polvo fino fluido
Tamaño de las partículas	10-300 μm	1-100 μm	0,1-10 μm
Densidad del grifo	0,5-2,5 g/cc	1,5-4 g/cc	2-6 g/cc
Densidad aparente	25-35% densidad de toma	35-45% densidad de toma	45-65% densidad de toma
Fluidez	Pobre	Passable	Bien
Color	Gris oscuro a negro	Gris oscuro	Gris oscuro
Coste	Bajo	Medio	Alta

Los grados de mayor pureza presentan densidades de polvo más elevadas para mejorar la mezcla y la reactividad, así como las prestaciones eléctricas y mecánicas. Pero tienen un coste superior al de los grados de valor general. La personalización ayuda a equilibrar los requisitos de la aplicación con las limitaciones presupuestarias.

Ventajas del hidruro de titanio

• Elevada relación resistencia/peso
• Propiedades mecánicas resistentes
• Resistencia a la corrosión y a la abrasión
• Funciona en un amplio rango térmico
• Conductor eléctrico pero inerte
• Densidades inferiores a las aleaciones de titanio
• Microestructuras modificables
• Liberación controlada de energía
• Biocompatible y no tóxico

Estas útiles funcionalidades amplían los escenarios en los que el hidruro de titanio puede aportar valor.

Limitaciones del hidruro de titanio

• Tendencias a la oxidación superficial a temperaturas elevadas
• Costes más elevados que los materiales de la competencia
• La conformabilidad limitada limita la geometría de los componentes
• Susceptible al crecimiento lento de grietas por fragilización por hidrógeno
• Requiere velocidades de enfriamiento controladas para evitar la formación incontrolada de espuma
• Las calidades del polvo varían mucho en calidad y consistencia

La caracterización adecuada del polvo, los controles ambientales, las arquitecturas de diseño y los parámetros de procesamiento ayudan a superar estas limitaciones.

PREGUNTAS FRECUENTES

P: ¿Es inflamable o explosivo el hidruro de titanio?

R: No. El hidruro de titanio está clasificado como no inflamable, no explosivo y seguro para el transporte y almacenamiento bajo protocolos de manipulación normales. Sin embargo, la combustión localizada de polvo es posible en condiciones extremas.

P: ¿Cuál es la temperatura de desorción del hidrógeno?

R: La mayoría de las calidades de hidruro de titanio empiezan a liberar hidrógeno por encima de 200°C y completan la desorción a 550°C. Esta temperatura puede reducirse utilizando catalizadores específicos.

P: ¿Importa el tamaño de las partículas para el rendimiento?

R: Sí. Las partículas de hidruro de titanio más pequeñas tienen mayores velocidades de difusión y áreas de superficie reactiva. Pero las partículas de mayor tamaño mejoran la fluidez y la densidad de empaquetamiento. Diferentes tamaños se adaptan a diferentes aplicaciones.

P: ¿Se puede reciclar el polvo de hidruro de titanio?

R: El hidruro de titanio puede pasar por múltiples ciclos de absorción-desorción de hidrógeno con buena reversibilidad. Esto significa que el polvo usado puede reprocesarse y reutilizarse en función de los niveles de contaminación anteriores.

P: ¿Qué afecta a la vida útil del almacenamiento de hidrógeno de hidruro de titanio?

R: Los ciclos repetidos de hidrogenación-descomposición, las temperaturas de funcionamiento, las tensiones locales, la pureza del material y las condiciones de exposición ambiental determinan la estabilidad del almacenamiento de hidrógeno a largo plazo y su vida útil.

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