Visión general de los polvos de molibdeno y titanio
polvos de titanio molibdeno se refieren a finas partículas metálicas de cada elemento producidas mediante procesos de atomización. Presentan gran resistencia, dureza y resistencia al calor.
Los polvos se utilizan individualmente o como mezclas para fabricar aleaciones de alto rendimiento. Su distribución controlada del tamaño de las partículas permite construir componentes complejos con forma casi de red a partir de capas durante la impresión 3D de metales.
Algunas características clave de los polvos de molibdeno y titanio:
Molibdeno en polvo
- Excelente resistencia a la fluencia y estabilidad a altas temperaturas
- Bajo coeficiente de dilatación térmica
- Gran dureza y resistencia al desgaste
- Se utiliza como adición de aleación para reforzar aceros y superaleaciones
Titanio en polvo
- Extremadamente resistente y ligero como metal estructural
- Excelente resistencia a la corrosión
- Biocompatible para implantes médicos
- Reactivo y requiere un tratamiento controlado
Polvos mezclados/aleados
- Combinar las propiedades beneficiosas de cada elemento
- Permite personalizar el rendimiento del material
- Requiere parámetros de impresión 3D optimizados
Al manipular las composiciones mediante AM, se pueden crear aleaciones innovadoras con propiedades superiores adecuadas para entornos extremos.
Tipos de polvos de molibdeno y titanio
Los polvos de molibdeno y titanio están disponibles comercialmente en varios tipos para la fabricación aditiva de metales:
| Variante de polvo | Características | Usos típicos |
|---|---|---|
| Molibdeno | Calidades puras y aleadas | AM de aleaciones de molibdeno, catalizadores |
| Titanio Ti-6Al-4V | Aleación aeroespacial | Aeroestructuras portantes |
| Titanio Ti-6Al-7Nb | Aleación alfa-beta biocompatible | Implantes médicos, prótesis |
| Mezclas elementales de Mo-Ti | Composiciones de aleación personalizadas | Aplicaciones avanzadas de ingeniería |
| Aleaciones maestras Mo-Ti | Mezclas prealeadas | Tratamiento AM simplificado |
En su forma elemental, el molibdeno proporciona dureza a altas temperaturas, mientras que el titanio aporta solidez y resistencia a la corrosión. Combinando ambos mediante AM, pueden crearse aleaciones innovadoras con un rendimiento general mejorado.
Composición/Aleación
Los polvos de molibdeno y titanio tienen las siguientes composiciones nominales:
Molibdeno en polvo
| Elemento | Gama de composición |
|---|---|
| Molibdeno (Mo) | 99% y superior |
| Oxígeno (O) | 0,01% máx |
| Carbono (C) | 0,01% máx |
| Hierro (Fe) | 0,01% máx |
| Otros metales | 0,01% máx |
Se requiere una alta pureza para la reproducibilidad durante la AM y el procesamiento posterior. La contaminación puede afectar negativamente a las propiedades del material.
Titanio Ti-6Al-4V
| Elemento | Peso % |
|---|---|
| Titanio (Ti) | Saldo |
| Aluminio (Al) | 5.5-6.75 |
| Vanadio (V) | 3.5-4.5 |
| Hierro (Fe) | < 0.3 |
| Oxígeno (O) | <0.2 |
| Otros metales | <0,1 |
Las pequeñas cantidades de aluminio y vanadio añadidas a la aleación aumentan significativamente la resistencia del titanio para estructuras ligeras portantes.
En el caso de los polvos Mo-Ti mezclados, las proporciones relativas pueden variar de 100% Mo a 100% Ti para crear aleaciones personalizadas. Con el uso de polvos mezclados tanto elementales como prealeados, la libertad ilimitada de composiciones permite desarrollar aleaciones hasta ahora inexploradas mediante AM.
Propiedades de polvos de titanio molibdeno
Molibdeno en polvo
| Propiedades físicas | |
|---|---|
| Densidad | 10,22 g/cm3 |
| Punto de fusión | 2610°C |
| Conductividad térmica | 138 W/mK |
| Resistividad eléctrica | 5,5 μΩ-cm |
| Coeficiente de dilatación térmica | 5,3 μm/m-°C |
| Propiedades mecánicas | |
|---|---|
| Dureza | ~300 HV |
| Resistencia a la tracción | 600-800 MPa |
| Límite elástico (0,2% offset) | 500+ MPa |
| Alargamiento | 30-50% |
| Módulo de elasticidad | 325 GPa |
El polvo de molibdeno permite fabricar aleaciones extremadamente duras y resistentes al calor mediante técnicas de AM. Las piezas mantienen una alta resistencia en condiciones de oxidación, corrosión y desgaste por fricción a temperaturas elevadas que superan los 1.000 °C.
Titanio Ti-6Al-4V Polvo
| Propiedades físicas | Valores |
|---|---|
| Densidad | 4,43 g/cm3 |
| Punto de fusión | 1604-1660°C |
| Conductividad térmica | 7,2 W/mK |
| Resistividad eléctrica | 170 μΩ-cm |
| Coeficiente de dilatación térmica | 8,6 μm/m-°C |
| Propiedades mecánicas | Como Construido | Recocido |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | 1050 MPa | 950 MPa |
| Límite elástico (0,2% offset) | 900 MPa | 850 MPa |
| Alargamiento | ~15% | ~20% |
| Dureza | ~350 HV | ~300 HV |
El delicado equilibrio entre una alta resistencia y una ductilidad aceptable la convierte en una aleación aeroespacial muy popular para piezas impresas críticas en motores de cohetes, fuselajes y turbinas.
Mezclando polvos de molibdeno y titanio en diferentes proporciones, se puede obtener una combinación de sus propiedades en aleaciones personalizadas.
Aplicaciones
Los polvos de molibdeno y titanio permiten fabricar piezas metálicas de AM de alto rendimiento adaptadas a entornos extremos:
Petróleo y gas
- Bombas y válvulas de fracking expuestas a fluidos abrasivos a altas presiones y temperaturas
- Tuberías resistentes a la corrosión para ácidos, gases y salmueras de pozos petrolíferos
Aeroespacial
- Palas y álabes de turbina de avión que funcionan a >1000°C para mejorar la eficiencia del combustible
- Bastidor ligero y soportes de motor con mayor resistencia específica
Automoción
- Bielas, ejes de transmisión y componentes del chasis que reducen el peso
- Herramientas de soldadura por fricción para paneles de carrocería fabricados
Médico
- Implantes ortopédicos con módulo elástico similar al del hueso
- Dispositivos biointeractivos resistentes a la corrosión
Industrial
- Brazos robóticos ligeros con una mejor relación resistencia-peso
- Hardware de generación de energía dimensionalmente estable
Al superar los límites del procesamiento convencional, la AM con molibdeno y titanio permite crear estructuras de alto rendimiento de última generación. Las piezas mejoran notablemente su rendimiento en condiciones de estrés térmico, mecánico y químico.
Especificaciones de los polvos de molibdeno y titanio
Los polvos de molibdeno y titanio deben cumplir requisitos químicos exactos y estrictas especificaciones de calidad para su uso en fabricación aditiva según las normas aceptadas por la industria:
Normas de pureza química
| Grado de polvo | Estándar |
|---|---|
| Molibdeno | ASTM B393 |
| Titanio Ti-6Al-4V | ASTM F2924 |
| Titanio Ti-6Al-7Nb | ASTM F3001 |
Características típicas del polvo
| Atributo | Requisitos | Métodos de ensayo |
|---|---|---|
| Forma de las partículas | Predominantemente esférico | Imágenes SEM según ASTM B822 |
| Densidad aparente | 2 a 5 g/cc | MPIF 04 o ASTM B212 |
| Caudal | >30 segundos para la prueba de flujo Hall | ASTM B213 |
| Distribución granulométrica | D10, D50, D90 optimizados para el proceso AM | ASTM B822 |
| Pérdida por ignición (LOI) | Bajo nivel de oxígeno/nitrógeno | Análisis de fusión de gases inertes |
| Microestructura | Sin defectos, sin satélites | SEM a grandes aumentos |
Los requisitos pretenden garantizar un comportamiento de fusión uniforme, construcciones sin defectos y propiedades reproducibles de las piezas finales.
Proveedores globales
Muchos fabricantes establecidos suministran polvos de molibdeno y titanio para aplicaciones de AM:
Molibdeno en polvo
| Empresa | Marcas | Método de producción |
|---|---|---|
| H.C. Starck | Mo | Electrolítico |
| Molymet | PureMo | Reducción de hidrógeno |
| Plansee | MolyPowder | Reducción de calcio |
| Tungsteno del Medio Oeste | TeroMoly | Reducción de calcio |
Titanio en polvo
| Empresa | Grados ofrecidos | Métodos de producción |
|---|---|---|
| AP&C | Ti-6Al-4V, otras aleaciones de Ti | Atomización por plasma |
| Aditivo para carpinteros | Ti-6Al-4V | Atomización por plasma |
| Sandvik | Ti6Al4V ELI, Ti6Al4V ELI-0406 | Atomización por plasma |
| Tekna | Ti-6Al-4V, Ti 6Al-7Nb | Atomización por plasma |
| TLS Técnica | Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI, Ti Grado 23 | Atomización de gas y plasma |
Tanto los productores de polvo metálico establecidos como los fabricantes de polvo AM especializados suministran estos materiales conforme a las exigentes especificaciones de la industria.
Precios de polvos de titanio molibdeno
Como materiales muy utilizados en la AM metálica, existen indicadores de precios publicados para el molibdeno y el titanio en polvo:
Molibdeno en polvo
| Tamaño de las partículas | Precios |
|---|---|
| 10-45 μm | $40 - $60 por kg |
| 15-53 μm | $50 - $70 por kg |
| Tamaños a medida | > $100 por kg |
Titanio Ti-6Al-4V Polvo
| Tamaño de las partículas | Precios |
|---|---|
| 15-45 μm | $150 - $450 por kg |
| 45-100 μm | $100 - $350 por kg |
| Tamaños a medida | > $500 por kg |
Los precios dependen del grado de calidad, el tamaño del lote, la gama de distribución, la atomización con plasma o con gas y el volumen de compra. Los precios de grandes cantidades y contratos suelen negociarse directamente con los proveedores.
Ventajas e inconvenientes de las aleaciones de molibdeno y titanio de AM
Pros
- Excelente rendimiento a altas temperaturas
- Mayor resistencia específica y rigidez
- Resistente a la carga térmica y a la fatiga
- Los complejos canales de refrigeración integran resistencia y transferencia de calor
- Los conjuntos consolidados reducen el número de componentes
- Plazos de desarrollo más cortos que los de las piezas moldeadas
- Aleaciones personalizadas con composiciones adaptadas a las necesidades
- Materiales reactivos procesados sin contaminación
Contras
- Mayor coste que las aleaciones estándar
- Una impresión exigente requiere una optimización rigurosa de los parámetros
- Puede ser necesario un tratamiento posterior para conseguir las propiedades finales
- Anisotropía de la construcción por capas
- Falta de normas de diseño y materiales
- Los polvos reactivos requieren un almacenamiento y una manipulación controlados
Con la investigación y cualificación continuas, la AM metálica permite al molibdeno y al titanio desarrollar todo su potencial en el diseño de estructuras de alto rendimiento más ligeras y resistentes.
¿Cómo se fabrican los polvos de molibdeno y titanio?
Los procesos avanzados de atomización con gas fabrican los polvos metálicos finos con un control preciso de las características críticas, como la forma de las partículas, la gama de tamaños y la pureza química.
Atomización de gases
Los lingotes de gran pureza se funden por inducción en una atmósfera inerte y la corriente de metal líquido se vierte en recipientes de atomización especializados. Potentes chorros de gas argón o nitrógeno atomizan el metal en finas gotitas que se solidifican rápidamente y se convierten en polvo.
Optimizando los parámetros de flujo de gas y las velocidades de enfriamiento, se obtienen partículas esféricas con la distribución granulométrica deseada. A continuación, el polvo se tamiza en diferentes clasificaciones de tamaño necesarias para diversos procesos de AM.
Tratamiento adicional
Pueden tomarse otras medidas para mejorar las propiedades del polvo: desgasificación para reducir los niveles de oxígeno, recocido para reducir las tensiones internas de la solidificación rápida y mezcla con otras fracciones de polvo para obtener rangos de tamaño específicos.
Finalmente, los polvos se envasan en atmósferas inertes para evitar la oxidación antes de su envío a los clientes. Los protocolos de manipulación y almacenamiento evitan la absorción de humedad o la contaminación durante el procesamiento posterior del metal AM.
Chorro de ligante frente a fusión en lecho de polvo de molibdeno y titanio
Las aleaciones de molibdeno y titanio pueden imprimirse mediante las categorías de inyección de aglutinante y fusión de lecho de polvo:
| Aspecto | Chorro aglomerante | Cama de polvo Fusion |
|---|---|---|
| Método de construcción | Agentes aglutinantes líquidos | Fusión por láser/haz electrónico |
| Resolución | ~100 μm | ~50 μm |
| Porosidad | Más alto, requiere infiltración | Inferior, densidad 99% |
| Acabado superficial | Desbaste, necesita mecanizado | Moderado, puede necesitar acabado |
| Propiedades mecánicas | Baja, varía según la parte | Más alto, más uniforme |
| Precisión dimensional | ±0,3% con contracción | ±0,1% o mejor |
| Tratamiento posterior | Desmoldeo, sinterización, HIP | Eliminación de soportes, tratamiento térmico |
| Tamaño del edificio | Escala industrial | Cámaras más pequeñas |
| Requisitos de tiempo | Días | Horas hasta 1-2 días |
| Economía | Menor coste de las piezas, mayor volumen | Menor volumen, hardware caro |
La inyección de aglutinante es adecuada para modelos conceptuales de diseño debido a su velocidad y bajo coste. La fusión en lecho de polvo crea piezas de uso final de alta fidelidad con propiedades superiores.
Aleaciones de molibdeno y titanio - Perspectivas
El molibdeno y el titanio son deseables por separado por su capacidad a altas temperaturas y su relación resistencia-peso, respectivamente. Al combinar ambos elementos, la AM permite crear composiciones de aleación únicas con propiedades personalizables.
Posibles grupos de aleación
- Intermetálicos Mo-Ti para resistencia a temperaturas ultra altas
- Siliciuros de Mo-Ti con resistencia a la oxidación superior a 1500°C
- Boruros de Mo-Ti de extrema dureza a altas temperaturas
- Carburos de Mo-Ti que se ajustan a los niveles de dureza de la cerámica
Estos materiales avanzados superan las barreras del procesado tradicional gracias al control de la composición y la manipulación de la microestructura que permiten los procesos de AM metálica.
Aplicaciones de destino
- Vehículos aeroespaciales hipersónicos y estructuras de reentrada
- Nueva generación de piezas de sección caliente para turbinas de reactores y motores de cohetes con temperaturas de funcionamiento duplicadas
- Motores ligeros de automoción con altas temperaturas de escape
- Los componentes internos de los reactores nucleares trabajan continuamente en flujos de calor elevados e intensamente radiactivos.
- Elementos calefactores y accesorios para hornos industriales que aumentan la temperatura y la eficacia
La fabricación aditiva elimina las limitaciones en torno al molibdeno y el titanio, abriendo nuevos horizontes para las aplicaciones en entornos extremos y de alto rendimiento.
Preguntas frecuentes
P: ¿Para qué se utiliza el molibdeno?
R: Gracias a sus excelentes propiedades a altas temperaturas, el molibdeno se utiliza principalmente como aleante para reforzar los aceros resistentes al calor y las superaleaciones que se emplean en la industria aeroespacial, la generación de energía, la construcción de hornos y los componentes de misiles, entre otras aplicaciones exigentes.
P: ¿Es tóxico el molibdeno?
R: El molibdeno elemental y sus aleaciones tienen generalmente bajos niveles de toxicidad y son seguros para su uso en ingeniería. Sin embargo, algunos compuestos de molibdeno, cuando se inhalan durante períodos prolongados, pueden tener efectos cancerígenos potenciales que justifican el uso de equipos de protección durante la manipulación y el mecanizado.
P: ¿Es caro el titanio?
R: Las aleaciones de titanio tienen un coste de materia prima superior al de los aceros y las aleaciones de aluminio. Sin embargo, con ratios de compra a vuelo cercanos a 1 para la fabricación AM, los costes de las piezas acabadas de titanio pueden ser económicos para industrias como la aeroespacial dispuestas a adoptar nuevas tecnologías y diseños.
P: ¿Qué hace que el titanio sea ideal para los implantes?
R: La biocompatibilidad de las aleaciones de titanio, unida a su elevada relación resistencia-peso, las hace ideales para sustituir al hueso humano. El módulo de elasticidad puede reducirse hasta aproximarse al del hueso aleándolo con estabilizadores beta biocompatibles como Nb y Ta para mejorar la vida útil de los implantes de carga.
P: ¿Qué proceso de impresión 3D se utiliza para el molibdeno y el titanio?
R: Para piezas de uso final de alto rendimiento, se utilizan principalmente técnicas de fusión en lecho de polvo como la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM). La fuente de calor a alta temperatura consigue construcciones de densidad casi total con propiedades superiores adecuadas para aplicaciones de ingeniería.
P: ¿Por qué mezclar molibdeno con polvo de titanio?
R: El molibdeno mejora la dureza a altas temperaturas, la resistencia a la fluencia y las propiedades similares a las del acero para herramientas, mientras que el titanio aporta una excelente resistencia a la corrosión y atributos de baja densidad. Juntas, las aleaciones personalizadas fabricadas mezclando directamente sus polvos mediante AM proporcionan la combinación ideal para aplicaciones avanzadas.
