Polvo de TiAl3

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

Algunas propiedades y características clave del polvo TiAl3:

Propiedades y características en polvo de TiAl3

Fórmula química	TiAl3
Densidad	3.4 g/cm3
Punto de Fusión	1395¡«C
Módulo de Young	170 GPa
Coeficiente de dilatación térmica	11 x 10-6 K-1
Conductividad térmica	29 W/m-K
Resistividad eléctrica	125 g·cm
Resistencia a la oxidación	Excelente hasta 1000¡«C

El polvo de TiAl3 se puede elaborar mediante distintos métodos, como la atomización de gas, el proceso de electrodo giratorio por plasma (PREP) y la aleación mecánica. El tamaño del polvo, la morfología, la composición, la microestructura y otras propiedades dependen del método de elaboración.

El contenido de titanio suele estar en el rango de 55-65% en peso y el aluminio conforma el equilibrio. Pueden estar presentes pequeñas cantidades de cromo, niobio, carbono u oxígeno, hasta un máximo de 1%. La relación de Ti: Al se puede ajustar para optimizar propiedades.

Propiedades del polvo de TiAl3

Propiedad	Valor
Densidad	3,7-4,0 g/cm3
Punto de Fusión	1350c.a
Conductividad térmica	~20 W/m-K
Resistividad eléctrica	125-185 ×´Î-cm
Módulo de Young	160-180 GPa
Coeficiente de Poisson	0.25-0.35
Coeficiente de dilatación térmica	11-13 x 10^-6?/«

Las propiedades clave incluyen una baja densidad en comparación con las aleaciones de titanio, un alto punto de fusión, conductividad térmica moderada y la retención de resistencia y rigidez a altas temperaturas.

Características del polvo de TiAl3

Atributo	Detalles
Forma de las partículas	De forma predominantemente esférica
Tamaño de partícula	10 – 150 Ãœm
Fluidez	Bien
Densidad aparente	~2,5 g/cm3
Densidad de golpecito	~3,5 g/cm3
Superficie de Área	0,1-0,3 m2/g
Pureza	>99,5 %

El polvo TiAl3 tiene una morfología esférica y superficie lisa, con buenas características de flujo y empaquetamiento. Tiene bajo contenido de oxígeno y nitrógeno para evitar fragilidad.

Aplicaciones del polvo de 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 el sector aeroespacial y del automóvil.
• Tiene una reactividad menor y es más fácil de imprimir en comparación con el Ti6Al4V en fabricación aditiva de lecho de polvo. Las piezas TiAl3 tienen microestructura fina y propiedades mecánicas comparables a las de las aleaciones fundidas y forjadas.
• AM mediante TiAl3 permite diseños más ligeros, reducción del conteo de piezas y consolidación de ensambles para álabes de turbinas, turbinas de turbocompresores, componentes de escape, etc.

Aplicaciones del polvo TiAl3 en rociado térmico

• Los recubrimientos por pulverización térmica de polvo de TiAl3 proporcionan resistencia a la oxidación y corrosión a altas temperaturas en álabes de turbina, álabes de motor, cámaras de combustión, etc.
• Tiene una capacidad mejor para la temperatura que las aleaciones de níquel y los recubrimientos de titanio. Los recubrimientos de TiAl3 pueden operar a 700-900 °C.
• Los recubrimientos se aplican mediante pulverización con plasma, oxicombustible de alta velocidad (HVOF) o procesos de pulverización en caliente. El grosor del recubrimiento típico es de 150 a 500 micrones.

Aplicaciones del polvo de TiAl3 en el revestimiento por láser

• El polvo de TiAl3 se puede aplicar por láser sobre sustratos de aleación de titanio o níquel para formar una capa de aleación superficial de protección.
• La capa revestida imparte mayor resistencia a la temperatura, resistencia a la oxidación y resistencia al desgaste.
• El revestimiento por láser se utiliza en los componentes de turbinas terrestres y motores a reacción expuestos a condiciones de corrosión en caliente.

Especificaciones del polvo TiAl3

El polvo TiAl3 está disponible en varios grados de estándar que cumplen con especificaciones como:

Composiciones de polvo TiAl3

Grado	Ti %p	Al wt%	Otro
Ti-45Al-3Nb	45%	Equilibrio	3% Nb
Ti-55Al	55%	Equilibrio	–
Ti-62Al	62%	Equilibrio	–

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

Distribución de tamaño de partícula de polvo TiAl3

Tamaño de partícula	Distribución
-150 + 45 × m	Máx. 5%
-45 +22 ×m	40-60%
-22 µm	Equilibrio

Las distribuciones de tamaño típicas para procesos de AM están centradas alrededor de 22-45 A×m con finos mínimos por debajo de 22 A×m. Se utilizan tamaños mayores de hasta 150 A×m para pulverización térmica.

Normas de polvo TiAl3

• ASTM B821 - Norma para la preparación de polvos y compactos de aleación refractaria 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 recubrimientos de pulverización térmica

La fabricación, el muestreo, la prueba y la aceptación de polvos siguen estándares industriales para aleaciones refractarias y alúminas de titanio.

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

Comparación del polvo de TiAl3 con otros polvos

Parámetro	TiAl3	Ti6Al4V	AlSi10Mg
Densidad	Inferior	Alto	Inferior
Resistencia a altas temperaturas	Alto	Inferior	Mucho menor
Resistencia a la oxidación	Excelente	Moderado	Pobre
Conductividad térmica	Alto	Inferior	Alto
Coste	Alto	Inferior	Inferior
Fabricación	Más difícil	Más fácil	Más fácil
SOLICITUDES	Aerospace, automotriz	Aeroespacial, biomédica	Automoción, general

• El TiAl3 tiene mayor resistencia que las aleaciones de titanio como el Ti6Al4V a temperaturas superiores a 600°C
• Ofrece una mejor resistencia a la oxidación en comparación con las aleaciones de titanio y aluminio.
• Más caro que las aleaciones de titanio debido a su alto contenido de aluminio
• No tan fáciles de mecanizar o forjar como las aleaciones de titanio a temperatura ambiente
• Especialmente adecuado para aplicaciones estructurales de altas temperaturas

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

Proveedores de polvo de aleación de titanio y aluminio TiAl3

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

Fabricantes de polvo de TiAl3

Compañía	Categorías de productos.	Ubicación
AMETEK	TiAl3-100A, TiAl3-500	EE. UU.
AP&C	TiAl3-230, TiAl3-360	Canadá
Sandvik	Polvo de TiAl3 Osprey	Suecia
TLS Technik	TiAl3-100A	Alemania
Praxair	TiAl3-100A	EE. UU.

Precios del polvo TiAl3

Grado	Tamaño de partícula	Rango de precios
TiAl3-100A	15-45 μm	$ 450- $ 550/kg
TiAl3-230	45-180 ×m	$ 350 - $ 450 / kg
TiAl3-500	10-45 Ä	500-600 USD/kg

Los precios dependen del volumen de compra, los niveles de pureza, la distribución de tamaño de partículas y la morfología. También es posible realizar aleaciones personalizadas pero resultan más costosas.

Preguntas frecuentes

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

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

P: ¿El TiAl3 es compatible con las aleaciones de titanio?

R: TiAl3 tiene muy limitada solubilidad sólida en las 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 quebradizas.

P: ¿Qué elementos de aleación se pueden agregar a TiAl3?

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

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

A: El polvo PREP presenta partículas esféricas finas ideales para la fabricación aditiva, mientras que el polvo atomizado por gas incluye partículas un poco más gruesas y económicas, adecuadas para prensado y sinterización.

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

A: El polvo de TiAl3 es inflamable y propenso a la oxidación. Se deben usar los EPP adecuados y la manipulación debe ocurrir en atmósfera inerte para prevenir la contaminación. La humedad y la exposición al oxígeno degradan la calidad del polvo.

Conclusiones

En resumen, el TiAl3 es un importante material intermetálico de alta temperatura disponible en forma de polvo para varias aplicaciones. Sus propiedades, como su baja densidad, resistencia y resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas, lo hacen adecuado para las industrias aeroespacial, automotriz y energética. El manejo, almacenamiento y prueba adecuados del polvo es fundamental para lograr las propiedades finales de las piezas. El TiAl3 ofrece ventajas sobre las aleaciones de titanio convencionales para casos de uso estructurales a altas temperaturas a pesar de ciertas limitaciones en cuanto a maquinabilidad y 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.