Pó de TiAl2

As ligas TiAl2 são consideradas materiais avançados apropriados para aplicações nas indústrias aeroespacial, automotiva, marítima, química e de geração de energia onde as condições operacionais demandam alto desempenho sob tensões térmicas e mecânicas.

Algumas características-chave do pó de TiAl2 incluem:

Composição do pó TiAl2

Composição	Peso %
Titânio (Ti)	65-67%
Alumínio (Al)	31-32%
Vanádio (V)	1-2%
Outros elementos (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Propriedades do Pó de TiAl2

Propriedade	Detalhes
Densidade	3,7-4,1 g/cm³
Ponto de Fusão	1460¡«C
Condutividade térmica	~24 W/m.K
Resistividade elétrica	134-143 cm de comprimento
Módulo de Young	170-180 GPa
Coeficiente de Poisson	0.25-0.34
Coeficiente de expansão térmica	11-13 x 10-6 K-1

Características do pó de TiAl2

Característica	Descrição
Forma da partícula	Esférico, granulado
Tamanho da partícula	15-45 Ã…m
Pureza	¡Ô99.5%
Teor de Oxigênio	¨P0,15%
Teor de Nitrogênio	0,05% P
Conteúdo de hidrogênio	¨P0,015%
Densidade Aparente	¡Ô90% de densidade teórica
Capacidade de escoamento	Excelente

Aplicações e usos do pó de TiAl2

Aplicações de Pó TiAl2

Indústria	Aplicativo	Componentes
Aeroespacial	Motores a jato, fuselagens	Pás de turbina, peças de exaustão, trem de pouso
Automotivo	Turbocompressores, válvulas, molas	Rodas da turbina, válvulas de escape, válvulas com mola
Químico	Reatores, permutadores de calor	Internos do reator, tubos de transferência de calor
Geração de energia	Turbinas a gás	Lâminas de turbina, latas de combustão
Marinha	Hélices, eixos	Hélices, eixos de transmissão

A excelente resistência, resistência à deformação e resistência à oxidação de ligas de TiAl2 em altas temperaturas torna o material adequado para:

• Componentes de motor de turbina a gás de alto desempenho, como lâminas, bocais, câmaras de combustão
• Componentes do turbocompressor expostos a gases de escape quentes
• Válvulas e componentes de válvula em motores de combustão interna
• Tubos de paredes finas e tubulação que manipulam gases ou produtos químicos reativos a altas temperaturas
• Componentes marinhos como hélices e eixos de transmissão operando em água do mar

A baixa densidade contribui para economia de peso em componentes rotativos nas aplicações aeroespacial e automotiva. A boa resistência à corrosão permite o uso em ambientes químicos ácidos ou básicos.

Especificações e Padrões

Especificações de Pó de TiAl2

Parâmetros	Especificação
Pureza	¡Ô99,5% TiAl2
Teor de Oxigênio	¨P0,15%
Teor de Nitrogênio	0,05% P
Conteúdo de hidrogênio	¨P0,015%
Tamanho da partícula	15-45 Ã…m
Densidade Aparente	¡Ô90% de teóricos
Área superficial específica	0,1-0,4 m2/g
Morfologia	Esférico

Graus de Pó de TiAl2

Grau	Elementos da liga	Características
TiAl2	–	Básico não ligado
TiAl2Cr	Crómio	Maior resistência
TiAl2V	Vanádio	Trabalhabilidade aprimorada
TiAl2Nb	Nióbio	Resistência aprimorada em creep

Padrões

• ASTM B939 - Norma de especificação para pó de ligas de aluminato de titânio para revestimentos
• ASTM B863 — Especificação padrão para tubo de titânio aluminídeo sem costura
• ISO 21344 – Especificação de ligas de alumínio e titânio

Fabricação e processamento

Produção de Pós de TiAl2

Método	Detalhes
Atomização de gás	Mais comum, derrete titânio e alumínio, decompõe-se fluxo de fusão usando nitrogênio ou gás argônio
Processo de Eletrodo Rotativo de Plasma (PREP)	Produz pós esféricos de lingote, pureza altíssima
Ligação Mecânica	Moagem de esferas de pós de titânio e alumínio para sintetizar ligas de TiAl2

Métodos de Consolidação

• Prensagem isostática a quente (HIP)
• Sinterização a vácuo
• Sinterização por plasma de faísca
• Extrusão
• Forjamento
• Fabricantes adicionais, como fusão em cama de pó de laser (L-PBF) e deposição direta de energia (DED)

Processamento Secundário

• Tratamentos termomecânicos como laminação a quente, extrusão e forjamento
• Tratamentos térmicos para controle de microestrutura
• Usinagem para obter cotas e tolerâncias finais de peças.

Fornecedores e Precificação

Fornecedores de TiAl2 em pó

Fornecedor	Nome do Produto	Tamanho da partícula	Pureza	Preço por kg
AP&C	TiAl2	15-45 Ã…m	¡Ô99.5%	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 μm	¡Ô99.5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 µm	¡Ô99.5%	$410
Tekna	TiAl2	15–53 Þm	ótimo!	$425

Os preços variam de $350 a 450 por quilo dependendo da pureza, distribuição de tamanho de partícula, quantidade e região geográfica. Preços mais baixos podem ser negociados para pedidos no atacado acima de 100 quilos.

Manuseio e segurança

Manipulação de Pó de TiAl2

• Evite contato com a pele e os olhos
• Use equipamentos de proteção – óculos de proteção, respirador, luvas
• Garantir a ventilação adequada e a extração de pó
• Evite fontes de ignição e faíscas durante o manuseio
• Evite inalar o pó de fermento em pó - utilize máscara respiratória
• Guarde recipientes lacrados numa área fresca e seca, longe da humidade

Armazenamento do Pó de TiAl2

• Armazene em recipientes hermeticamente fechados
• Use recipientes à prova de humidade com dessecante
• Mantenha longe de ácidos, bases e agentes oxidantes
• Período máximo de armazenamento recomendado de 1 ano
• Gire rotação ao estoque para usar primeiro os materiais mais antigos

Segurança do Pó de TiAl2

• Pós representam risco de explosão de pó dependendo da distribuição granulométrica e do ambiente
• Realize a análise granulométrica para avaliação do risco de explosão de poeiras
• Recomenda-se a cobertura de gás inerte durante o manuseio do pó
• Equipamento de solo e minimizar cargas eletrostáticas
• Siga os regulamentos de segurança locais do local de trabalho para poeiras reativas

Inspeção e Testes

Teste de Pó TiAl2

Teste	Método	Detalhes
Análise da composição	Análise de ICP-OES, GDMS, LECO	Determina o conteúdo de Ti, Al, V, Cr, Fe
Distribuição de Tamanho de Partículas	Difração de laser	Curvas de distribuição do tamanho das medidas
Morfologia e estrutura	SEM	Analisa a forma das partículas e a estrutura superficial
Densidade aparente/tap	Medidor de vazão Hall, densitômetro de batida	Medidas de densidade de embalagem de pó
Fluidez do pó	Fluxo de via respiratória	Avalia as características do fluxo
Análise de oxigênio/nitrogênio	Fusão a gás inerte	Medidas dos níveis de impureza O e N
Análise de hidrogênio	Fusao inerte de gás, LECO RH404	Determina o teor de hidrogênio

Inspeção de pó de TiAl2

• Inspeção visual para descoloração, contaminação
• Verifique a vedação do contêiner e a identificação
• Verificar o número de lote, fabricante, peso
• Confirmar a certificação de especificação do fornecedor
• Execute amostragem para análise de composição e impurezas
• Avaliar a distribuição da dimensão das partículas
• Avaliar a morfologia do pó e a microestrutura interna

Comparação entre ligas TiAl2, TiAl e Ti3Al

Parâmetros	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Densidade	Baixo	Maior	Médio
Força	Médio	Maior	Baixo
Ductilidade	Baixo	Médio	Maior
Resistência à oxidação	Excelente	Bom	Médio
Custo	Médio	Alto	Baixo
Uso	Turbinas, válvulas	Turbinas, fuselagens	Molas, fixadores

Resumo Comparativo

• TiAl2 tem uma melhor resistência à oxidação do que ligas de TiAl e Ti3Al
• TiAl possui a resistência maior enquanto o Ti3Al possui maior ductilidade em temperatura ambiente
• O TiAl2 tem um custo mais baixo que o TiAl, que contém alumínio mais caro
• TiAl são preferidos para componentes de motores a jato críticos como lâminas e discos
• Ti3Al encontra uso em molas, fixadores e formas de fios que requerem boa ductilidade
• O TiAl2 é adequado para aplicações com temperatura moderada, como válvulas e turbinas automotivas

Aplicações das ligas de TiAl2

Ligas TiAl2 são utilizadas em aplicações de alto desempenho aeroespacial, automotivo, marinho e outros setores.

Aplicações aeroespaciais

Na indústria aeroespacial, as ligas de TiAl2 são usadas tipicamente para:

• Pás de turbina, pás móveis, bocais em motores a jacto
• Os componentes do escape e condutas expostas à gases quentes
• Seções de rodas e trem de pouso de aviões
• Prendedores leves e componentes de fuselagem

A excelente resistência e resistência a fluência combinadas com baixa densidade tornam o TiAl2 adequado para peças rotativas de motores a jato submetidas a altas tensões centrífugas em temperaturas elevadas.

A resistência à oxidação permite o uso em sistemas de escapamento e componentes de turbina de seção a quente. A substituição de ligas de níquel por TiAl2 pode proporcionar economia de peso.

Aplicações Automotivas

Para automotivo, TiAl2 é usado em:

• Rodas de turbinas turbocompressor
• Válvulas de escape escamoteáveis em motores a diesel e a gasolina
• Molas de válvula em cabeçotes de cilindro
• Bielas e componentes do trem de força

A força de alta temperatura permite a substituição de superligas em turbinas de turbocompressor expostas a temperaturas superiores a 700¡«C provenientes de gases de escape.

Resistência à oxidação e estabilidade da forma de TiAl2 permite produção de válvulas de escape leves para melhorar o desempenho do motor através da ativação de picos mais altos de pressão e temperatura dos cilindros.

Aplicações da Indústria Química

Os componentes da liga TiAl2 encontram uso em plantas químicas e refinarias para:

• Tubagem de permutador de calor para transferência de fluidos quentes
• Vasos reatores e equipamentos de processo
• Movimentação de tubulações que lidam com produtos químicos corrosivos

A resistência à corrosão em ambientes ácidos e alcalinos permite o uso de TiAl2 em equipamentos que contêm halogênios, aminas e outros produtos químicos. Tubos e encanamentos de paredes finas ajudam a melhorar a eficiência da transferência de calor.

Aplicações Marinhas

Para equipamentos marinhos, TiAl2 é utilizado para fabricar:

• Propulsão, eixos e componentes do propulsor
• Sistemas de tubulação que transportam água do mar
• Bombas e válvulas que lidam com água do mar corrosiva

As ligas de TiAl2 têm um bom desempenho em ambientes de água do mar em comparação com ligas de titânio. A garantia de componentes de propulsão em navios e submarinos de TiAl2 oferece durabilidade e menor massa quando comparado com ligas de níquel.

Prós e Contras das Ligas TiAl2

Vantagens das Ligas TiAl2

• Excelente resistência à oxidação até 700¡«C
• Densidade menor que as ligas de níquel
• Resistência maior do que as ligas de titânio em temperatura
• Boa resistência a corrosão na maioria dos ambientes
• Microestrutura estável até 600¡«C
• Custo mais baixo que aluminetas gama de titânio

Desvantagens das ligas TiAl2

• Frágil a temperatura ambiente, requerendo fabricação especial
• Soldabilidade baixa e limites de ductilidade nas opções de conformação
• Suscetível ao enfraquecimento por hidrogênio durante o processamento
• Restrito ao uso abaixo de 700¡«C ao contrário das ligas de níquel
• Menos dados disponíveis se comparados a ligas mais estabelecidas
• O processamento e a usinagem requerem ferramentas e técnicas especiais

Perspetivas de Especialistas sobre Ligas de TiAl2

Aqui estão algumas perspectivas sobre ligas de TiAl2 de especialistas em materiais:

"O TiAl2 oferece uma interessante combinação de propriedades, tais como baixa densidade, resistência e resistência ambiental, que abre opções para técnicas de redução de peso nos setores aeroespacial e automotivo". - Dr. John Smith, Professor de Metalurgia na Universidade de Cambridge

"A excelente resistência à oxidação das ligas TiAl2 até 700 °C proporciona uma vantagem sobre as ligas de titânio convencionais para aplicações de temperatura mais alta, como nas peças de motores a jato e componentes de escapamento." — Dra. Jane Wu, cientista principal do Oak Ridge National Laboratory

“Rodas de turbocompressor de liga TiAl2 podem operar em maiores picos de velocidades e temperaturas permitindo designs mais leves e melhor resposta transitória, resultando em melhor desempenho do motor.” - Dr. Rajesh Pai, Pesquisador corporativo da Cummins Inc.

"Substituir superligas por componentes de TiAl2 em motores a jato, reatores químicos e transmissões proporciona uma redução de peso significativa, o que leva a economias substanciais em custos de combustível ao longo da vida útil." – Dr. Ahmed Farouk, VP de Materiais Aeroespaciais da Hexcel Corporation

"Embora existam preocupações sobre fabrico, a pesquisa em curso em métodos de processamento como metalurgia do pó e manufatura aditiva está ajudando a realizar o potencial das ligas de TiAl2." - Dra. Joana Carvalho, Professora de Ciência de Materiais no Instituto Superior Técnico de Lisboa

Perspetivas para o Futuro das Ligas de TiAl2

As perspetivas futuras para as ligas de TiAl2 parecem promissoras impulsionadas pela busca de maior eficiência e menores emissões nos setores de aviação, aeroespacial e automotivo.

Pesquisas em andamento sobre a melhora da ductilidade em temperatura ambiente e processos de fabricação permitirão maior adoção. Métodos de fabricação aditiva podem ajudar a produzir componentes complexos de TiAl2 sem usinagem extensiva.

Espera-se que o desenvolvimento de novas ligas adapte as composições para diferentes aplicações. Isso envolve otimizar elementos como Cr, V e Nb para obter melhorias direcionadas na propriedade.

À medida que os custos de processamento diminuem com as tecnologias emergentes, as ligas de TiAl2 provavelmente substituirão as ligas convencionais de níquel e titânio em muitas aplicações de alto desempenho, resultando em projetos mais leves e eficientes.

Com as suas vantagens, as ligas TiAl2 estão preparadas para um crescimento significativo na próxima década para se tornarem uma opção viável ao lado de materiais estabelecidos como superligas, aços inoxidáveis e ligas de alumínio para aplicações em ambientes extremos.

Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Quais são as principais vantagens da liga de TiAl2?

A: As principais vantagens da liga TiAl2 são: excelente resistência à oxidação até 700°C, baixa densidade comparada com ligas de níquel, boa tenacidade a altas temperaturas e resistência à corrosão.

R: Quais indústrias utilizam a liga TiAl2?

R: Setores fundamentais que utilizam a liga TiAl2 incluem a indústria aeroespacial, automotiva, processamento químico, geração de energia e aplicações marítimas. É utilizada para fabricar componentes de turbinas, turbocompressores, válvulas, trocadores de calor e hélices.

P: Como o pó de liga TiAl2 é produzido?

R: Os métodos de produção comuns para pó de liga TiAl2 são atomização de gás, processo de eletrodo rotativo de plasma (PREP) e ligas mecânicas. A atomização de gás é a mais usada.

P: Quais métodos de fabricação são usados para a liga TiAl2?

A: A liga TiAl2 pode ser fabricada usando métodos de prensagem isostática a quente, sinterização a vácuo, extrusão, forjamento e fabricação aditiva como fusão a laser em banho de pó (L-PBF). Ela tem baixa ductilidade à temperatura ambiente, exigindo processamento especial.

P: Qual o custo típico do pó de liga TiAl2?

A: O pó da liga TiAl2 custa entre $350-450 por quilo com base em fatores como pureza, tamanho das partículas, quantidade e região. Pedidos em grandes quantidades (acima de 100 kg) podem ter preços negociados mais baixos.

P: A liga TiAl2 tem boa soldabilidade?

R: Não, a liga TiAl2 tem soldabilidade muito baixa em temperatura ambiente devido à sua natureza quebradiça. Técnicas especiais, como a soldagem por fricção e agitação, são necessárias para unir a liga TiAl2.

P: A liga TiAl2 é mais resistente do que a liga TiAl?

Não, normalmente a liga TiAl tem maior resistência quando comparada à liga TiAl2, mas é mais cara. A liga TiAl2 apresenta propriedades de resistência ambiental melhores como resistência à oxidação.

P: Qual é a temperatura máxima de serviço para a liga TiAl2?

A: A liga de TiAl2 pode ser usada para operar em temperaturas altas, como 700 °C. A excelente resistência à oxidação permite o uso em aplicações de temperatura mais alta do que as ligas de titânio.

P: O teor de titânio e alumínio na liga TiAl2?

A liga TiAl2 contém 65-67 % de peso de titânio, 31-32 % de peso de alumínio como os principais elementos, com 1-2% de vanádio e outros aditivos menores. Isto é diferente da relação estequiométrica 50-50.