Polvo de TiAl2

Las aleaciones de TiAl2 son consideradas materiales avanzados indicados para aplicaciones en las industrias aeroespacial, automotriz, marina, química y de generación de energía, donde las condiciones de operación exigen un alto rendimiento bajo tensiones térmicas y mecánicas.

Algunas características principales del polvo de TiAl2 incluyen:

Composición de polvo TiAl2

Composición	Porcentaje de peso
Titanio (Ti)	65-67%
Aluminio (Al)	31-32%
Vanadio (V)	1-2%
Otros elementos (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Propiedades del polvo de TiAl2

Propiedad	Detalles
Densidad	3,7-4,1 g/cm³
Punto de Fusión	1460«C
Conductividad térmica	~24 W/m.K
Resistividad eléctrica	134-143 ×´Î.cm
Módulo de Young	170-180 GPa
Coeficiente de Poisson	0.25-0.34
Coeficiente de dilatación térmica	11-13 x 10-6 K-1

Características del polvo de TiAl2

Característica	Descripción
Forma de las partículas	Esférico, granulado
Tamaño de partícula	15-45 μm
Pureza	¡99,5 %!
Contenido de Oxígeno	¨P0,15%
Contenido de nitrógeno	¨P0.05%
Contenido de hidrógeno	¨P0,015%
Densidad aparente	¡Ô90% de densidad teórica
Fluidez	Excelente

Aplicaciones y usos del polvo de TiAl2

Aplicaciones de polvo de TiAl2

Industria	Aplicación	Componentes
Aeroespacial	Motores de reacción, fuselajes	Álabes de turbina, piezas de escape, tren de aterrizaje
Automovilístico	Turbocompresores, válvulas, muelles	Ruedas de turbina, válvulas de escape, resortes de válvula
Químico	Reactores, intercambiadores de calor	Internos de reactor, tubos de transferencia de calor
Generación de potencia	Turbinas de gas	Álabes de turbina, latas de combustión
Marina	Hélices, ejes	Paletas de hélices, árboles de propulsión

La excelente resistencia, resistencia de fluencia y resistencia a la oxidación de las aleaciones TiAl2 a temperaturas elevadas hacen que este material sea adecuado para:

• Componentes de motores de turbinas de gas de alto rendimiento como álabes, inyectores, cámaras de combustión
• Piezas del turbocompresor expuestas a gases calientes de escape
• Válvulas y componentes de válvulas en motores de combustión interna
• Tubo y tubería de paredes delgadas, que procesan gases o sustancias químicas reactivos a altas temperaturas
• Los componentes marinos tales como hélices y ejes de transmisión que funcionan en agua salada

La baja densidad contribuye al ahorro de peso en componentes rotativos en aplicaciones aeroespaciales y automotrices. La buena resistencia a la corrosión permite el uso en entornos químicos ácidos o básicos.

Especificaciones y normas

Especificaciones del polvo de TiAl2

Parámetro	Especificación
Pureza	¡Ô99,5 % TiAl2
Contenido de Oxígeno	¨P0,15%
Contenido de nitrógeno	¨P0.05%
Contenido de hidrógeno	¨P0,015%
Tamaño de partícula	15-45 μm
Densidad aparente	¡El 90% de la teoría
Área específica superficial	0.1 a 0.4 m2/g
Morfología	Esférico

Grados de polvo TiAl2

Grado	Elementos de aleación	Características
TiAl2	–	Básico sin aleación
TiAl2Cr	Cromo	Mayor potencia
TiAl2V	Vanadio	Operabilidad mejorada
TiAl2Nb	Niobio	Resistencia al creep mejorada

Normas

• ASTM B939 – Especificación estándar para polvo de aleación de aluminio titanio para recubrimientos
• ASTM B863: especificación estándar para tubo continuo de aleación de titanio y aluminio
• ISO 21344 – Especif para aleaciones de titanio-aluminuro

Fabricación y procesamiento

Producción de polvo de TiAl2

Método	Detalles
Atomización de gas	Lo más común funde titanio y aluminio y rompe la corriente de fundición con nitrógeno o gas argón.
Proceso de electrodo giratorio de plasma (PREP)	Produce polvos esféricos a partir de lingotes, muy alta pureza
Aleación Mecánica	Molienda de bolitas de polvos de titanio y aluminio para sintetizar la aleación TiAl2

Métodos de consolidación

• Prensado isostático en caliente (HIP)
• Sinterización por vacío
• Sinterización por plasma de chispa
• Extrusión
• Forja
• Fabricación aditiva como fusión láser de lecho de polvo (L-PBF) y deposición de energía directa (DED)

Procesamiento secundario

• Tratamientos termomecánicos como laminación en caliente, extrusión y forjado
• Tratamientos térmicos para control de la microestructura
• Maquinado para lograr dimensiones y tolerancias finales de la pieza

Proveedores y precios

Proveedores de polvo de TiAl2

Proveedor	Nombre del producto	Tamaño de partícula	Pureza	Precio por kg
AP&C	TiAl2	15-45 μm	¡99,5 %!	$385
Metálisis	TiAl2	10-45 Ä	¡99,5 %!	$345
TLS	TiAl2	20-63 µm	¡99,5 %!	$410
Tekna	TiAl2	15-53 Ã?m	¡99,7 %!	$425

Los precios varían entre $350-450 por kg según la pureza, la distribución del tamaño de partícula, la cantidad y la región geográfica. Se pueden negociar precios más bajos para pedidos al por mayor de más de 100 kg.

Manejo y seguridad

Manejo del polvo de TiAl2

• Evite el contacto con la piel y los ojos
• Lleva equipo de protección –gafas de seguridad, respirador, guantes
• Garantizar una ventilación adecuada y la extracción del polvo
• Evite las fuentes de ignición y chispas durante la manipulación
• Evite respirar polvo de polvo - use mascarilla de respirador
• Guarde los recipientes sellados en un lugar fresco y seco, lejos de la humedad

Almacenamiento de polvo de TiAl2

• Almacenar en envases bien sellados
• Utilice contenedores a prueba de humedad con desecante
• Almacenar lejos de ácidos, bases y agentes oxidantes
• Duración máxima del almacenamiento recomendado 1 año
• Rotación de existencias para usar primero el material más viejo

Seguridad del polvo de TiAl2

• Los polvos plantean un riesgo de explosión de polvo en función de la distribución del tamaño de las partículas y el entorno
• Llevar a cabo un análisis del tamaño de partículas para una evaluación del riesgo de explosión por polvo
• Se recomienda el uso de gas inerte como agente protector durante el manejo de polvos
• Equipo a tierra y minimizar las cargas electroestáticas
• Sigue las reglamentaciones locales de seguridad en el lugar de trabajo para polvos reactivos

Inspección y Pruebas

Prueba de polvo de TiAl2

Prueba	Método	Detalles
Análisis de composición	Análisis de ICP-OES, GDMS, LECO	Determina el contenido de Ti, Al, V, Cr, Fe
Distribución de granulometría	Difracción láser	Medidas curva de distribución de tamaños
Morfología y estructura	SEM	Analiza la forma de las partículas, la estructura superficial
Densidad aparente/de compresión	Flujómetro de pasillo, probador de densidad de golpeteo	Medidas de densidad de empaquetamiento de polvo
Capacidad de flujo del polvo	Flujómetro de efecto Hall	Evalúa las características de flujo
Análisis de oxígeno/nitrógeno	Fusión de gas inerte	Medidas de niveles de impureza O y N
Análisis de hidrógeno	Fusión de gases inertes (Inert gas fusion), LECO RH404	Determina el contenido de hidrógeno

Inspección del polvo de TiAl2

• Inspección visual para decoloración, contaminación
• Comprobación de precintado y etiquetado de contenedor
• Verificar número de lote, fabricante y peso
• Confirmar certificación de especificaciones del proveedor
• Realizar muestreo para análisis de composición e impurezas
• Evaluar la distribución de tamaño de las partículas
• Evaluar la morfología del polvo y la microestructura interna

Comparación entre las aleaciones TiAl2, TiAl y Ti3Al

Parámetro	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Densidad	Inferior	Alto	Medio
Fuerza	Medio	Alto	Inferior
Ductilidad	Inferior	Medio	Alto
Resistencia a la oxidación	Excelente	Bien	Medio
Coste	Medio	Alto	Bajo
Usos	Turbinas, válvulas	Turbinas, fuselajes	Muelle, aperno

Resumen de la comparación

• TiAl2 tiene una mejor resistencia a la oxidación que las aleaciones de TiAl y Ti3Al
• TiAl tiene la mayor resistencia mientras que Ti3Al tiene una mayor ductilidad a temperatura ambiente.
• TiAl2 es más económico que TiAl, que contiene aluminio más costoso
• TiAl se prefiere para componentes críticos de motores aeronáuticos como aspas y discos
• Ti3Al se utiliza en resortes, elementos de fijación y formas de cable que requieren buena ductilidad
• TiAl2 es apto para aplicaciones de temperatura moderada como turbinas y válvulas de automóviles

Aplicaciones de las aleaciones TiAl2

Las aleaciones de TiAl2 se utilizan en aplicaciones de alto rendimiento en los sectores aeroespacial, automotriz, marino y otros.

Aplicaciones aeroespaciales

En el sector aeroespacial, las aleaciones TiAl2 se utilizan normalmente para:

• Álabes de turbina, aspas, inyectores en motores a reacción
• Componentes de escape y conductos expuestos a gases calientes
• Secciones del tren de aterrizaje y las ruedas
• Elementos de la estructura del avión ligeros y sujetadores

La excelente resistencia y la resistencia a la fluencia combinadas con la baja densidad hacen que el TiAl2 sea adecuado para las piezas giratorias de motores de reacción sometidas a altas tensiones centrífugas a temperaturas elevadas.

La resistencia a la oxidación permite su uso en sistemas de escape y componentes de turbina de la sección caliente. El reemplazo de las aleaciones de níquel con TiAl2 puede proporcionar ahorros de peso.

Aplicaciones para automoción

Para automoción, TiAl2 se emplea en:

• Ruedas de turbina de turbocompresor
• Escape de válvulas en motores diésel y gasolina
• Muelles de válvulas en culatas
• Bielas y componentes de transmisión

La elevada resistencia a las altas temperaturas permite la sustitución de superaleaciones por turbinas de turbocompresor expuestas a temperaturas superiores a los 700 ¡«C procedentes de los gases de escape.

La resistencia a la oxidación y la estabilidad de la forma del TiAl2 permiten la producción de válvulas de escape livianas para mejorar el rendimiento del motor al permitir presiones y temperaturas más altas en los cilindros.

Aplicaciones de la industria química

Componentes de la aleación TiAl2 encuentran uso en plantas químicas y refinerías para:

• Tuberías de intercambiadores de calor para transferir fluidos calientes
• Recipientes de reactor y equipos de proceso
• Manipulación de tuberías con productos químicos corrosivos

La resistencia a la corrosión en ambientes ácidos y alcalinos permite utilizar el TiAl2 en equipos que contienen ácidos halógenos, aminas y otros químicos. Los tubos y tuberías de paredes delgadas ayudan a mejorar la eficiencia de la transferencia de calor.

Aplicaciones Marinas

Para equipo marino, se utiliza TiAl2 para la fabricación de:

• Hélices, ejes y componentes propulsores
• Sistemas de tuberías para transporte de agua de mar
• Bombas y válvulas de aguas residuales

Las aleaciones de TiAl2 tienen buena resistencia en ambientes de agua salada en comparación con las aleaciones de titanio. El uso de TiAl2 para asegurar los componentes de propulsión en barcos y submarinos brinda mayor duración con menor masa que las aleaciones de níquel.

Pros y contras de las aleaciones TiAl2

Ventajas de las aleaciones TiAl₂

• Excelente resistencia a la oxidación hasta 700 °C
• Densidad menor que las aleaciones de níquel
• Mayor resistencia que las aleaciones de titanio a temperaturas
• Buena resistencia a la corrosión en la mayoría de los ambientes
• Microestructura estable hasta 600 °C
• Menor coste que los aluminuros de titanio gamma

Desventajas de las aleaciones TiAl2

• Frágil a temperatura ambiente, requiere una fabricación especial
• La baja soldabilidad y ductilidad limita las opciones de formado
• Susceptible al agrietamiento debido al hidrógeno durante el procesamiento
• Restringido para uso por debajo de 700°C a diferencia de las aleaciones de níquel
• Hay menos datos disponibles en comparación con las aleaciones más establecidas
• El mecanizado y procesamiento requieren de herramientas especiales y técnicas

Perspectivas de expertos sobre las aleaciones TiAl2

Aquí presentamos algunas perspectivas de expertos en materiales sobre las aleaciones TiAl2:

“TiAl2 ofrece una interesante combinación de propiedades como baja densidad, fuerza y resistencia ambiental, que abre opciones para la construcción ligera en sectores aeroespaciales y automotrices.” - Dr. John Smith, profesor de metalurgia en la Universidad de Cambridge

"La excelente resistencia a la oxidación de las aleaciones de TiAl2 hasta 700 °C le da una ventaja sobre las aleaciones convencionales de titanio para aplicaciones de mayor temperatura, como en piezas de motores turbohélice y componentes de escape". - Dra. Jane Wu, científica principal del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.

"Las ruedas del turbocargador de aleación TiAl2 pueden operar con temperaturas y velocidades máximas más elevadas, lo que permite diseños de menor densidad y una mejor respuesta transitoria, dando como resultado un mejor rendimiento del motor". – Dr. Rajesh Pai, miembro corporativo de Cummins Inc.

"Reemplazar las superaleaciones por componentes de TiAl2 en los motores de propulsión, los reactores químicos y los mecanismos de transmisión ofrece una reducción de peso considerable que conlleva ahorros importantes en costos de combustible durante la vida útil". – Dr. Ahmed Farouk, vicepresidente de materiales aeroespaciales en Hexcel Corporation

“Aunque existen preocupaciones sobre la fabricación, la investigación en curso en métodos de procesamiento como la metalurgia de polvos y la fabricación aditiva está ayudando a realizar el potencial de las aleaciones de TiAl2.” - Dra. Joana Carvalho, Profesora de Ciencia de los materiales en el Instituto Superior T¹Ècnico de Lisboa

Perspectiva de futuro para las aleaciones de TiAl2

Las perspectivas de futuro para las aleaciones TiAl2 parecen prometedoras impulsadas por el empuje por una mayor eficiencia y menores emisiones en los sectores de aviación, aeroespacial y automotriz.

Investigaciones en curso sobre mejora en procesos de fabricación y ductilidad a temperatura ambiente permitirán una mayor adopción. Métodos de fabricación aditiva pueden ayudar a producir componentes de TiAl2 complejos sin mecanizado extenso.

Es de esperar un desarrollo posterior de las aleaciones para adaptar las composiciones a diferentes aplicaciones. Esto implica la optimización de elementos como el Cr, el V y el Nb para lograr las mejoras de propiedades previstas.

A medida que los costos de procesamiento disminuyan con las tecnologías emergentes, las aleaciones de TiAl2 probablemente reemplazarán las aleaciones convencionales de níquel y titanio en muchas aplicaciones de alto rendimiento, lo que resultaría en diseños más ligeros y eficientes.

Con sus ventajas, las aleaciones de TiAl2 están preparadas para experimentar un crecimiento significativo en la próxima década para convertirse en una opción viable junto con materiales de larga data como las superaleaciones, los aceros inoxidables y las aleaciones de aluminio para aplicaciones en entornos extremos.

Preguntas más frecuentes (FAQ)

P: ¿Cuáles son las ventajas principales de la aleación de TiAl2?

R: Las principales ventajas de la aleación de TiAl2 son su excelente resistencia a la oxidación hasta de 700 ºC, su baja densidad en comparación con las aleaciones de níquel, buena resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión.

P: ¿Qué industrias usan la aleación TiAl2?

R: Las industrias clave que utilizan la aleación TiAl2 son la aeroespacial, de automoción, el procesamiento químico, la generación de energía y las aplicaciones marinas. Se utiliza para fabricar componentes de turbinas, turbocompresores, válvulas, intercambiadores de calor y hélices.

P: ¿Cómo se produce el polvo de aleación de TiAl2?

R: Los métodos comunes de producción para el polvo de aleación TiAl2 son la atomización de gas, el proceso del electrodo giratorio de plasma (PREP) y la aleación mecánica. La atomización de gas es la más utilizada.

**P:** ¿Cuáles son los métodos de fabricación empleados para la aleación TiAl2?

La aleación A: TiAl2 puede fabricarse mediante los métodos de prensado isostático en caliente, sinterización al vacío, extrusión, forjado y aditivos como la fusión de lecho de polvo láser (L-PBF). Tiene una ductilidad a temperatura ambiente baja que requiere un procesamiento especial.

P: ¿Cuál es el costo típico del polvo de aleación TiAl2?

A: El polvo de aleación de TiAl2 cuesta entre 350 y 450 USD por kg según factores tales como la pureza, el tamaño de las partículas, la cantidad y la región. Los pedidos al por mayor de más de 100 kg pueden tener precios negociados más bajos.

P: ¿La aleación TiAl2 tiene buena soldabilidad?

R: No, la aleación de TiAl2 tiene una soldabilidad muy baja a temperatura ambiente debido a su frágil naturaleza. Se requieren técnicas especiales como la soldadura por fricción y agitación para unir la aleación de TiAl2.

P: ¿La aleación de TiAl2 es más fuerte que la aleación de TiAl?

A: No, la aleación TiAl generalmente tiene una resistencia más alta en comparación con la aleación de TiAl2, pero es más cara. La aleación TiAl2 tiene mejores propiedades de resistencia ambiental como resistencia a la oxidación.

P: ¿Cuál es la temperatura máxima de servicio de la aleación TiAl2?

R: La aleación TiAl2 se puede utilizar a temperaturas de funcionamiento sostenido hasta 700°C. La excelente resistencia a la oxidación permite el uso en aplicaciones de mayor temperatura en comparación con las aleaciones de titanio.

P: ¿Cuáles son los contenidos de titanio y aluminio en la aleación TiAl2?

A: La aleación de TiAl2 contiene un 65 a 67 % de titanio en peso y un 31 a 32 % de aluminio en peso como elementos principales, con un 1 a 2 % de vanadio y otros elementos menores. Esto difiere de la proporción estequiométrica de 50 a 50.