Pó de liga de TiNb

Introdução ao Pó de Liga TiNb

O pó TiNb é composto de titânio e Nióbio Os materiais compósitos à base de ligas de titânio contêm titânio e outros metais. Ele oferece uma combinação única de alta resistência, baixa densidade, biocompatibilidade, resistência à corrosão, fadiga e resistência à fluência em altas temperaturas.

As ligas de TiNb fazem parte de uma classe mais ampla de materiais intermetálicos de titânio que possuem propriedades físicas, químicas e mecânicas superiores em comparação ao titânio puro. A adição de nióbio como elemento de liga aprimora certas propriedades e permite a adaptação de ligas de TiNb para aplicações específicas.

Algumas das principais vantagens do pó da liga TiNb incluem:

• Alta relação resistência-peso
• Capacidade de suportar temperaturas e tensões extremas
• Resiste ao desgaste, abrasão e corrosão em ambientes adversos
• Biocompatível e atóxico para usos médicos
• Pode ser processado em formas complexas usando fabricação aditiva
• Fornece flexibilidade no projeto para engenheiros

As ligas de TiNb competem com as superligas à base de níquel e cobalto na indústria aeroespacial. Elas também oferecem uma alternativa aos aços inoxidáveis para implantes e dispositivos biomédicos. As ligas de TiNb estão possibilitando novos aplicativos e designs não possíveis com outros materiais.

Este artigo fornece uma referência técnica que abrange a composição, propriedades, processamento, aplicações, especificações, custos e outros aspetos práticos do pó de liga TiNb.

Composição de Pó de TiNb

As ligas de TiNb contêm principalmente titânio e nióbio como principais elementos constitutivos. O teor de nióbio normalmente varia de 10% a 50% em peso, com o restante sendo titânio.

A proporção de Ti para Nb pode ser ajustada para criar diferentes classes de ligas de TiNb otimizadas para determinadas propriedades. Algumas classes comuns de TiNb incluem:

• Ti-10Nb - 10% nióbio, 90% titânio
• Ti-35Nb – 35% nióbio, 65% titânio
• Ti-45Nb – 45% nióbio, 55% titânio
• Ti-50Nb - 50% nióbio, 50% titânio

Além disso, pequenas quantidades de outros elementos como zircônio, tântalo, molibdênio, crômio podem ser adicionados para melhorar ainda mais as propriedades. Oxigênio e nitrogênio também podem estar presentes como impurezas.

Tabela 1: Composição química de graus comuns de liga de TiNb

Classe de Liga	Teor de Nióbio	Teor de Titânio
Ti-10Nb	10%	90%
Ti-35Nb	35%	65%
Ti-45Nb	45%	55%
Ti-50Nb	50%	50%

Controlar a composição é essencial para obter as propriedades desejadas no produto final da liga TiNb. As técnicas de metalurgia do pó permitem a mistura precisa dos metais constituintes em uma matéria-prima de liga em pó.

Propriedades do Pó da Liga TiNb

As ligas TiNb exibem uma gama de propriedades físicas, mecânicas e químicas úteis que as tornam adequadas para aplicações de alto desempenho. Algumas das principais propriedades incluem:

Propriedades físicas

• Densidade – 4,5 a 5,5 g/cm3, menos que ligas de aço e níquel
• Ponto de fusão - 1550 a 1750 °C dependendo da composição
• Resistividade elétrica – 0,5 a 0,6 ÃxxÎ.m, superior ao titânio puro
• Condutividade térmica: 6 a 22 W/m.K, inferior ao titânio

Propriedades Mecânicas

• Resistência à tração - 500 a 1100 MPa, aumenta com o teor de nióbio
• Resistência ao escoamento – 300 a 900 MPa
• Alongamento & #8211; 10% a 25%
• Dureza – 200 a 350 HV
• Resistência à fadiga - 400 a 600 MPa

Outras Propriedades

• Resistência à corrosão – Excelente devido à camada oxidante protetora
• Resistência ao desgaste – Melhor que o titânio devido à dureza
• Biocompatibilidade – Não tóxico e não alergênico

Ao ajustar a relação Ti/Nb, propriedades como resistência, ductilidade, dureza e módulo elástico podem ser otimizadas de acordo com os requisitos da aplicação.

Tabela 2: Propriedades típicas da liga de Ti-35Nb

Propriedade	Valor
Densidade	5,2 g/cm3
Ponto de Fusão	1600¡«C
Resistência à tração	650 MPa
Resistência ao escoamento	550 MPa
Elongação	15%
Módulo de Elasticidade	60 GPa
Dureza	250 HV

Aplicações do Pó de Liga de TiNb

As propriedades únicas das ligas de TiNb as tornam adequadas para aplicações exigentes em vários setores:

Aeroespacial

• Componentes do motor - lâminas, discos e fechos
• Peças de fuselagem – trem de pouso, asas, fuselagem
• Sistemas hidráulicos - bombas, válvulas, atuadores

Automotivo

• Molas de válvula, válvulas de motor
• Bielas, rotores de turbocompressor
• Componentes para Automobilismo

Biomédico

• Implantes ortopédicos – joelho, quadril
• Implantes dentários, coroas
• Instrumentos cirúrgicos
• Dispositivos médicos

Indústria Química

• Trocadores de calor, Reatores
• Bombas, válvulas, tubos
• Equipamento resistente à corrosão

Outras Aplicações

• Artigos esportivos – tacos de golfe, quadros de bicicletas
• Relógios e joias de luxo
• Contatos e Conectores Elétricos
• Peças para fornos de alta temperatura

A combinação de resistência, resistência à temperatura, resistência à corrosão e biocompatibilidade permite que as ligas de TiNb substituam materiais mais pesados nestes setores.

Tabela 3: Aplicações da liga TiNb por indústria

Indústria	APLICAÇÕES
Aeroespacial	Componentes de motores, peças de fuselagem, sistemas hidráulicos
Automotivo	Molas de válvula, válvulas do motor, bielas
Biomédico	Implantes, instrumentos cirúrgicos dentários, dispositivos
Químico	Trocadores de calor, reagentes, bombas, valvulas
Outro	Artigos esportivos, relógios, contatos elétricos, peças para forno

Processamento de Pó de Liga TiNb

O pó de liga de TiNb pode ser produzido por meio de diferentes rotas de processamento:

"Mistura de Pó Metálico"

• pós elementares de titânio e nióbio são misturados na composição necessária
• a mistura de pós mesclados é mecanicamente aliada para formar o pó de liga TiNb

Atomização de gás

• A liga de TiNb fundida é atomizada com um gás inerte em gotículas finas
• gotas solidificam-se em partículas esféricas de pó de liga

Processo de Eletrodo Rotativo de Plasma (PREP)

• TiNb eletrodo de vareta é derretido usando arco de plasma e girado em altas velocidades
• a força centrífuga faz com que as gotículas se quebrem e solidifiquem em partículas

Método de hidreto-desidreto (HDH)

• Metais Ti e Nb são convertidos em pós de hidreto quebradiços
• pós de hidreto são misturados, desidratados, esmagados e peneirados

O tamanho das partículas, morfologia, fluidez e microestrutura do pó podem ser controlados pela seleção do processo de fabricação apropriado. Isso influencia as propriedades finais após a consolidação.

Quadro 4: Métodos de produção de pós da liga TiNb

Método	Descrição	Tamanho da partícula	Morfologia
Ligação Mecânica	Misturas de pós de Ti e Nb e fresagem	10 – 50 mícrons	Irregular e com ângulos
Atomização de gás	Atomização por gás inerte de liga fundida	15 – 150 micras	Esférico
Plasma Rotating Electrode	Desintegração centrífuga do eletrodo derretido	50 — 150 mícrons	Esférico
Processo HDH	Hidretar, desidratar, triturar pós misturados	10 – 63 mícrons	Irregular e com ângulos

Consolidação de Pó de Liga TiNb

O pó da liga TiNb pode ser convertido em componentes de densidade total usando várias técnicas de consolidação por metalurgia do pó:

Prensagem isostática a quente (HIP)

• pó encapsulado é HIPeado em alta temperatura e pressão

Sinterização a vácuo

• o pó é compactado e sinterizado em um forno a vácuo

Sinterização por plasma de faísca

• pó é simultaneamente aquecido e comprimido por corrente CC pulsada

Moldagem por Injeção de Metal (MIM)

• pó é misturado a ligante, moldado, religante e sinterizado

fabricação aditiva

• fusão de leito de pó (SLM, EBM) ou deposição direta de energia (DED)

HIP e sinterização a vácuo pode alcançar densidade quase completa enquanto mantém uma microestrutura fina. A manufatura aditiva oferece maior liberdade geométrica. O processo de consolidação pode ser otimizado para atingir as propriedades desejadas.

Tabela 5: Técnicas de consolidação de pó de liga de TiNb

Método	Descrição	Densidade	Microestrutura	Geometria
Quadril	Alta pressão, alta temperatura	Quase densidade total	Excelente	Formas simples
Sinterização a vácuo	Sinterização em forno a vácuo	Quase densidade total	Excelente	Formas simples
Sinterização por plasma de faísca	Corrente pulsada e pressão	Densidade total	Ultrafino	Formas simples
Moldagem por Injeção de Metal	Moldagem em pó + aglutinante	Quase densidade total	Ultrafino	Formas complexas
fabricação aditiva	Fusível de leito de pó ou deposição dirigida de energia	Quase densidade total	"Coarse" pode ser traduzido para o português como "áspero" ou "grosseiro", dependendo do contexto. Qual seria o contexto específico para esta tradução?	Formas complexas

Especificações do Pó de Liga de TiNb

O pó de liga de TiNb está disponível em várias especificações adaptadas a diferentes aplicações:

Composições: Graus com teor de 10% a 50% de nióbio

Tamanho de partícula: 10 a 150 mícrons

Morfologia: Esférico, irregular ou mesclado

Método de Produção: Atomizado a gás, HDH, elemento mesclado

Pureza: >99,5% de titânio, >99,8% de nióbio

Teor de Oxigênio: <2000 ppm

Fluidez: Taxa de vazão do corredor > 23 seg/50g

Densidade Aparente: ¡Ô2.5 g/cc

Densidade da torneira: ¡Ô 3,5 g/cc

Composição química, distribuição de tamanho de partícula, morfologia, taxa de fluxo e densidade são propriedades normalmente especificadas. Ligas e especificações de pó personalizadas podem ser produzidas para aplicações específicas.

Tabela 6: Especificação típica do pó atomizado a gás Ti-35Nb

Parâmetros	Especificação
Composição da liga	Ti-35Nb
Tamanho da partícula	De 15 a 45 micra
Morfologia	Esférico
Método de produção	Atomização de gás
Pureza	Ti > 99,5%, Nb > 99,8%
Teor de Oxigênio	<1500 ppm
Taxa de vazão	>38 seg/50g
Densidade Aparente	Ô 2,7 g/cc
Densidade Batida	¡ " 4,2 g/cc

Fornecedores de Pó de Liga TiNb

Alguns dos principais fornecedores globais de pó de liga de titânio nióbio incluem:

• AP&C — pós de liga de titânio e nióbio
• Atlantic Equipment Engineers — pós esféricos e angulares
• TLS Technik - TiNb-Legierungen, gasatomisiert
• Tecnologia de Metal - pós elementares misturados e pré-ligas.
• Sandvik Osprey – pós esféricos atomizados a gás
• Carpenter Additive – pós de liga personalizados

As ligas TiNb também são oferecidas por fornecedores de metais de titânio e nióbio. Tanto ligas padronizadas quanto composições personalizadas podem ser obtidas nesses produtores de pó.

Tabela 7: Fornecedores de pó de liga TiNb

Empresa	Materiais	Métodos de Produção
AP&C	Ligas de Ti, Nb e TiNb	Atomização de gás
Atlantic Equipment Engineers	Ligas de Ti, Nb e TiNb	Atomização de gás, mistura
TLS Technik	Ligas de TiNb	Atomização de gás
Tecnologia Metalúrgica	Ligas de TiNb	Mistura de elementos pré-ligados
Sandvik Osprey	Ligas de TiNb	Atomização de gás
Carpenter Additive	Ligas TiNb personalizadas	Atomização de gás

Custo de pó de liga de TiNb

O pó de liga de TiNb é mais caro que o pó de titânio e nióbio separadamente. O custo depende de:

• Composição & #8211; Teor mais alto de Nb aumenta o custo
• Pureza - os custos aumentam para maior pureza
• Tamanho e distribuição das partículas
• Método de produção — o pó atomizado a gás custa mais
• Quantidade do pedido - volumes maiores têm custos menores

Preço indicativo para pó de liga TiNb em pequenas quantidades:

• Ti-10Nb: $ 100 a $ 300 por kg
• Ti-35Nb: $200 a $500 por kg
• Ti-50Nb: $300 a $800 por kg

Os preços ficam bem mais baixos para pedidos maiores, de centenas de quilos ou várias toneladas.

Tabela 8: Preços indicativos de pós de liga de TiNb

Liga	Preços ($/kg)
Ti-10Nb	$100 – $300
Ti-35Nb	$200 – $500
Ti-50Nb	$300 – $800

Manuseio e Armazenamento de Pó de Liga de TiNb

Como um pó metálico reativo, são necessários alguns cuidados ao manusear o pó de liga TiNb:

• Armazene em recipientes selados em atmosfera inerte e seca para evitar oxidação e contaminação
• Evite contato com oxigênio, umidade, óleos, materiais combustíveis
• Evite o acúmulo de pós finos em superfícies ou equipamentos
• Aterre todos os equipamentos condutivos utilizados no manuseio
• Use ferramentas antifaiscantes e minimize a geração de poeira
• Use luvas e proteção respiratória ao manusear
• Utilize sistemas de ventilação aterrados e evite nuvens de poeira
• Mantenha afastado de calor, chamas, faíscas e outras fontes de ignição.
• Siga a ficha de dados de segurança para EPI e precauções adequadas

Se armazenado adequadamente em uma atmosfera inerte seca, o pó de liga de TiNb tem um prazo de validade típico de 12 meses. Condições de armazenamento indevidas podem provocar oxidação, perda de fluidez ou risco de ignição.

Tabela 9: Diretrizes de manuseio de pó de liga TiNb

Parâmetros	Diretrizes
Armazenamento	Recipientes herméticos, atmosfera inerte seca
Atmosfera	Evite oxigênio, umidade, óleos, combustíveis
Equipamento	Aterra todos os equipamentos condutores
Ferramentas	Utilize ferramentas antifaísca
Ventilação	Sistema de ventilação aterrado
EPI	Luvas, protecção respiratória
Precauções	Evite calor, chamas e faíscas.
Prazo de validade	12 meses em atmosfera inerte

Ficha de Dados de Segurança para o Pó de Liga de TiNb

Como outros pós metálicos reativos, algumas importantes precauções de segurança para liga de TiNb:

• Use EPI - luvas, proteção ocular, máscara/respirador
• Evite a inalação de pós - use proteção respiratória
• Evite contato com a pele e os olhos
• Lave bem as mãos após manusear o pó
• Evite fontes de ignições, pós podem ser inflamáveis
• Use um aterramento e ventilação adequados.
• Atmosfera inerte de armazenamento para evitar oxidação
• Evite derrames e acúmulo de poeira nas superfícies
• Siga as instruções nos SDS e nos rótulos de advertência

Primeiros socorros:

• Inalação: Mova-se para o ar livre. Procure ajuda médica se necessário.
• Contacto com a pele: Lavar com água e sabão. Procure ajuda se a irritação persistir.
• Contato visual: Lave os olhos com água por 15 minutos. Procure atendimento médico.
• Ingestão: Beber água. Procure ajuda médica se tiver desconforto.

Sempre consulte a SDS do fornecedor para obter informações completas de saúde e segurança antes de manusear e processar o pó da liga TiNb.

Tabela 10: Principais medidas de segurança para pó de liga de TiNb

Item de Segurança	Precauções
EPI	Luvas, óculos de proteção, máscara N95
Inalação	Use proteção respiratória
Contato com a pele	Lave a área afetada com água e sabão
Contacto visual	Lave os olhos com água durante 15 minutos
Ingestão	Bebe água. Procure ajuda médica se necessário.
Ventilação	Use exaustores com dutos aterrados
Aterramento	Aterre todos os equipamentos durante o manuseio
"Ignição"	Evite faíscas, chamas, fontes de calor
Armazenamento	Atmosfera inerte longe de materiais inflamáveis

Inspeção de Qualidade do Pó da Liga de TiNb

Para garantir que o pó de liga TiNb atenda às especificações, são realizadas várias verificações de qualidade:

• Análises químicas- análise ICP, GDMS ou LECO para verificar a composição e a pureza
• Análise granulométrica? - Difração a laser ou análise de peneira para distribuição de tamanho
• Morfologia?- Imageamento SEM para verificar forma de partícula e topologia superficial
• Taxa de vazãoTeste de fluidez de pó do medidor de fluxo Hall
• Densidade?- medidas de densidade aparente e de densidade após agitação
• Oxigênio/Nitrogênio?- Análise de Fusão de Gás Inerte para Impurezas Intersticiais
• Identificação de fase?- Análise de XRD para determinar as fases presentes

As propriedades do pó são testadas a cada lote para padrões de qualidade como ASTM B939, ASTM F3049, EN 10204 3.1. O pó pode ser misto entre lotes para obter uniformidade.

Tabela 11: Métodos de ensaio do pó de liga TiNb

Teste	Método	Padrão
Composição	ICP, GDMS, LECO	ASTM E1479, ASTM E2330
Distribuição de Tamanho de Partículas	Difração a laser, peneiração	ASTM B822
Morfologia	Imagem SEM	ASTM B822
Taxa de vazão	Medidor de vazão de corredor	ASTM B213
Densidade	Voltímetro de Scott	ASTM B212
Oxigênio/Nitrogênio	Fusão a gás inerte	ASTM E1019
Análise de fase	Difração de raios X	ASTM E1876

Aplicações médicas da liga TiNb

Devido a sua biocompatibilidade, alta resistência e baixo módulo, as ligas de TiNb são amplamente utilizadas para implantes e dispositivos médicos:

Implantes ortopédicos

• Próteses de joelho e quadril
• Placas ósseas, parafusos
• Dispositivos de fixação espinhal
• Implantes e pontes dentárias

Ligas de TiNb como Ti-35Nb e Ti-45Nb combinam com o módulo elástico do osso humano, ao mesmo tempo que proporcionam alta resistência à fadiga. Isso reduz a proteção contra estresse em comparação com ligas de titânio mais rígidas.

Dispositivos Cardiovasculares

• Stents
• Caixas de marcapasso
• Fios-guia
• Instrumentos cirúrgicos

A resistência à corrosão, não toxicidade e não magnetismo das ligas de TiNb as tornam adequadas para dispositivos que entram em contato com sangue e tecidos.

Classes de liga de TiNb para uso médico

• Ti-10Nb até Ti-50Nb
• Ti-Nb-Zr, Ti-Nb-Ta para propriedades ajustadas
• Normas ISO 5832-11 e ASTM F2066

O menor módulo de Ti-35Nb e Ti-45Nb são usados comumente. O maior Nb fortalece, mas aumenta o módulo. Pequenas quantidades de Zr/Ta aditionadas ajustam mais as propriedades.

**Vantagens das ligas de TiNb para uso biomédico**

• Excelente biocompatibilidade e osseointegração
• Alta resistência e resistência à fadiga
• Módulo baixo próximo ao osso
• Atóxico, não alergênico
• Resistente à corrosão
• Não-magnético

As ligas TiNb oferecem a melhor combinação de resistência, biocompatibilidade, resistência à corrosão e módulo elástico para implantes.

Desafios dos componentes médicos da liga de TiNb

• Dificuldade de usinagem e fabricação
• Mais caro que a liga Ti-6Al-4V
• Exige controle de qualidade e testes rigorosos
• Dados clínicos de longo prazo ainda em evolução

Sendo relativamente novo para uso médico, a fabricação e o licenciamento de componentes de TiNb podem ser mais complexos. Mas suas vantagens superam os desafios de curto prazo.

Usas automotivas da liga TiNb

A alta resistência, resistência à temperatura e fadiga das ligas de TiNb as tornam atrativas para peças automotivas:

Molas de Válvulas

• Maior resistência permite menor massa da mola
• Reduz a flutuação de válvula em RPM alto
• Permite mais potência

Válvulas do Motor

• Resiste aos gases de escape a alta temperatura
• Resiste ao desgaste e à deformação
• Leve

Bielas

• Alta relação resistência-peso
• Reduz a massa recíproca
• Permite maior RPM e força

Rotores de Turbocompressores

• Mantém a força em altas temperaturas
• Resiste à deformação por fluência
• Resistência ao choque térmico
• Baixa Densidade

Componentes para Automobilismo

• Suspensão leve, peças de chassi
• Vida útil de fadiga superior

Massa e inércia reduzidas combinadas com resistência a temperatura e fadiga levam a maior performance e eficiência do motor.

Desafios das ligas TiNb para automotivos

• Alto custo em comparação com as ligas de aço
• Dificuldades no processamento com metalurgia do pó
• Fornecedores limitados e experiência em fabricação
• Relação incerta de custo-benefício

Os benefícios podem justificar preços altos para veículos de luxo e automobilismo no início. Uma adoção mais ampla depende dos produtores de pó de TiNb reduzindo os custos.

Aplicações Aeroespaciais de Ligas de TiNb

As ligas TiNb competem com as superligas de níquel para motores de aeronaves e aplicações de fuselagem que necessitam de resistência a baixas temperaturas:

Componentes do motor

• Pás das turbinas, discos, carcaças
• Lâminas do compressor
• Eixos, parafusos
• Inversores de impulsos

Partes Estruturais

• Trem de pouso
• Longarinas, nervuras, longarinas secundárias
• Longarinas da Fuselagem
• Tubulação hidráulica

Benefícios

• Densidade 30-50% menor que as superligas de níquel
• Economiza peso
• Resistência à tração e à deformação semelhante
• Suporta altas tensões e temperaturas

Desafios