Polvo TiAl3 para impresión 3D

El polvo TiAl3 es un compuesto intermetálico de titanio y aluminio. Es ligero, resistente a la oxidación y soporta altas temperaturas. Esto lo hace adecuado para su uso en aplicaciones aeroespaciales, de automoción, energéticas y otras de alto rendimiento.

Algunas propiedades y características clave del polvo de TiAl3:

Propiedades y características del polvo de TiAl3

El polvo de TiAl3 puede producirse mediante diversos métodos, como la atomización con gas, el proceso de electrodo giratorio de plasma (PREP) y la aleación mecánica. El tamaño del polvo, la morfología, la composición, la microestructura y otras propiedades dependen del método de producción.

El contenido de titanio suele oscilar entre 55 y 65 wt% y el aluminio constituye el resto. Puede haber pequeñas cantidades de cromo, niobio, carbono u oxígeno hasta un máximo de 1%. La proporción Ti:Al puede ajustarse para optimizar las propiedades.

Propiedades del polvo de TiAl3

Entre sus principales propiedades destacan su baja densidad en comparación con las aleaciones de titanio, su elevado punto de fusión, su moderada conductividad térmica y el mantenimiento de su resistencia y rigidez a altas temperaturas.

Características del polvo TiAl3

El polvo de TiAl3 tiene una morfología esférica con una superficie lisa y buenas características de fluidez y empaquetamiento. Tiene bajo contenido en oxígeno y nitrógeno para evitar la fragilización.

Aplicaciones del polvo TiAl3

Algunas de las principales aplicaciones que aprovechan las propiedades del TiAl3 son:

Aplicaciones del polvo TiAl3 en la fabricación aditiva

• El polvo de TiAl3 se utiliza en procesos de fusión de lecho de polvo como la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM) para fabricar componentes complejos de aluminuro de titanio para la industria aeroespacial y de automoción.
• Tiene menor reactividad y es más fácil de imprimir que el Ti6Al4V en la AM de lecho de polvo. Las piezas de TiAl3 tienen una microestructura fina y propiedades mecánicas comparables a las aleaciones fundidas y forjadas.
• La AM con TiAl3 permite realizar diseños más ligeros, reducir el número de piezas y consolidar los ensamblajes de álabes de turbina, ruedas de turbocompresor, componentes de escape, etc.

Aplicaciones del polvo TiAl3 en la pulverización térmica

• Los recubrimientos por pulverización térmica de polvo de TiAl3 proporcionan resistencia a la oxidación y la corrosión a altas temperaturas en álabes de turbinas, paletas, botes de combustión, etc.
• Tiene mejor capacidad térmica que las aleaciones de níquel y los revestimientos de titanio. Los revestimientos de TiAl3 pueden funcionar a 700-900 °C.
• Los revestimientos se aplican mediante pulverización de plasma, oxicombustible de alta velocidad (HVOF) o procesos de pulverización en caliente. El grosor típico del revestimiento es de 150-500 micras.

Aplicaciones del polvo TiAl3 en el revestimiento láser

• El polvo de TiAl3 puede revestirse con láser sustratos de titanio o aleaciones de níquel para formar una capa protectora de aleación superficial.
• La capa de revestimiento mejora la resistencia a altas temperaturas, la resistencia a la oxidación y la resistencia al desgaste.
• El revestimiento láser se utiliza en componentes de motores a reacción y turbinas terrestres expuestos a condiciones de corrosión en caliente.

Especificaciones del polvo TiAl3

El polvo de TiAl3 está disponible en varios grados estándar que se ajustan a especificaciones como:

Composiciones de polvo de TiAl3

Las composiciones comunes se basan en el contenido de titanio, como Ti-45Al, Ti-55Al o Ti-62Al, que representan el porcentaje en peso de titanio. Pueden estar presentes pequeñas cantidades de cromo o niobio.

Distribución granulométrica del polvo de TiAl3

Las distribuciones de tamaño típicas para los procesos AM se centran en torno a 22-45 μm con finos mínimos por debajo de 22 μm. Los tamaños más grandes, de hasta 150 μm, se utilizan para la pulverización térmica.

Estándares de polvo TiAl3

• ASTM B821 - Norma para la preparación de polvos y compactos de aleaciones refractarias mediante técnicas de plasma.
• AMS 4982 - Consumibles en polvo, aluminuros de titanio, atomizados por plasma
• AMS 7008 - Polvo de aleación de aluminuro de titanio para revestimientos por pulverización térmica

La fabricación, el muestreo, los ensayos y la aceptación del polvo siguen las normas industriales para aleaciones refractarias y aluminuros de titanio.

El polvo de TiAl3 presenta algunas ventajas y desventajas en comparación con otros polvos de uso común:

Comparación del polvo TiAl3 con otros polvos

• TiAl3 tiene mayor resistencia que las aleaciones de titanio como Ti6Al4V a temperaturas superiores a 600°C.
• Ofrece una mayor resistencia a la oxidación en comparación con las aleaciones de titanio y aluminio.
• Más caro que las aleaciones de titanio debido al alto contenido de aluminio
• No es tan fácil de mecanizar o moldear como las aleaciones de titanio a temperatura ambiente.
• Ideal para aplicaciones estructurales a alta temperatura

Al comprender en qué aspectos TiAl3 supera o no a otros sistemas de aleación, se pueden identificar las aplicaciones ideales para aprovechar sus ventajas.

Proveedores de TiAl3 en polvo

El polvo de TiAl3 está disponible comercialmente en varios proveedores de todo el mundo. Algunos de los principales fabricantes son:

Fabricantes de polvo TiAl3

Precios del polvo TiAl3

Los precios dependen del volumen de compra, los niveles de pureza, la distribución granulométrica y la morfología. También son posibles composiciones de aleación personalizadas, pero son más caras.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué métodos pueden utilizarse para producir polvo de TiAl3?

R: Los principales métodos de producción son la atomización con gas, el proceso de electrodo giratorio de plasma y la aleación mecánica. Cada método da lugar a diferentes características del polvo adecuadas para diferentes aplicaciones.

P: ¿Es TiAl3 compatible con las aleaciones de titanio?

R: TiAl3 tiene una solubilidad sólida muy limitada en aleaciones de titanio como Ti6Al4V. No se recomienda mezclar polvo de TiAl3 con polvos de aleaciones de titanio debido a la formación de fases intermetálicas frágiles.

P: ¿Qué elementos de aleación pueden añadirse al TiAl3?

R: Se han aleado elementos como Nb, Cr, Ni, Cu con TiAl3 para modificar la microestructura y las propiedades mecánicas. Sin embargo, una aleación excesiva puede afectar negativamente a la resistencia a la oxidación.

P: ¿Cuál es la diferencia entre el polvo PREP y el polvo TiAl3 atomizado con gas?

R: El polvo PREP tiene partículas esféricas finas ideales para la fabricación aditiva, mientras que el polvo atomizado con gas tiene partículas ligeramente más gruesas y rentables, adecuadas para el prensado y la sinterización.

P: ¿Qué precauciones deben tomarse al manipular polvo de TiAl3?

R: El polvo de TiAl3 es inflamable y propenso a la oxidación. Debe utilizarse el EPI adecuado y la manipulación debe realizarse en atmósfera inerte para evitar la contaminación. La exposición a la humedad y al oxígeno degrada la calidad del polvo.

Conclusión

En resumen, el TiAl3 es un importante material intermetálico de alta temperatura disponible en forma de polvo para diversas aplicaciones. Sus propiedades, como la baja densidad, la fuerza y la resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas, lo hacen adecuado para las industrias aeroespacial, automovilística y energética. La manipulación, el almacenamiento y el ensayo adecuados del polvo son fundamentales para conseguir las propiedades finales de la pieza. El TiAl3 ofrece ventajas sobre las aleaciones de titanio convencionales para los casos de uso estructural a alta temperatura, a pesar de algunas limitaciones en la maquinabilidad y la ductilidad a temperatura ambiente. La investigación en curso tiene como objetivo mejorar aún más el material mediante adiciones de aleación y técnicas de procesamiento innovadoras.