jueves, 19 de enero de 2012

INTRODUCCIÓN


El titanio (Ti) es un elemento químico de número atómico 22. Se trata de un metal de transición de color gris plata. Comparado con el acero , es mucho más ligero. Tiene alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más costoso, lo cual limita su uso industrial.



Es un metal abundante en la naturaleza, es el cuarto metal más abundante en la superficie. No se encuentra en estado puro, sino en forma de óxidos. Su utilización se ha generalizado con el desarrollo de la tecnología aeroespacial, donde es capaz de soportar las condiciones extremas de frío y calor que se dan en el espacio y en la industria química, por ser resistente al ataque de muchos ácidos. Este metal también tiene propiedades biocompatibles, dado que los tejidos del organismo toleran su presencia, por lo que con él se fabrican muchas prótesis e implantes.




CARACTERÍSTICAS DEL TITANIO


Características físicas

  • Es un metal de transición.
  • Su densidad es 4'54 g/cm3.
  • Tiene un punto de fusión de 1668 ºC.
  • Su masa atómica es de 47,867 u.
  • Es de color plateado grisáceo.
  • Es paramagnético, es decir, no se imanta debido a su estructura electrónica.
  • Forma aleaciones con otros elementos para mejorar las prestaciones mecánicas.
  • Es resistente a la corrosión.
  • Refractario.
  • Poca conductividad térmica y eléctrica: No es buen conductor del calor ni de la electricidad.

Características mecánicas

  • Mecanizado por arranque de viruta similar al acero inoxidable.
  • Permite fresado químico.
  • Maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
  • Dúctil, permite la fabricación de alambre delgado.
  • Duro. Escala de Mohs 6.
  • Muy resistente a la tracción.
  • Gran tenacidad.
  • Permite la fabricación de piezas por fundición y moldeo.
  • Material soldable.
  • Permite varias clases de tratamientos tanto termoquímicos como superficiales.
  • Mantiene una alta memoria de su forma.

Características químicas


  • Se encuentra en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales y en cenizas de animales y plantas. 
  • Presenta dimorfismo, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta llamada fase alfa. Por encima de 882 °C presenta estructura cúbica centrada en el cuerpo que se conoce como fase beta. 
  • La resistencia a la corrosión que presenta es debida a que se forma un óxido que lo recubre. Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico (H2SO4) diluido y al ácido clorhídrico (HCl) diluido. Sin embargo se puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en ácido fluorhídrico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar fácilmente con el nitrógeno, el oxígeno, el hidrógeno , el boro y otros no metales. 

METALURGIA DEL TITANIO: EL MÉTODO KROLL

El titanio fue descubierto en Inglaterra por William Gregor en 1791, a partir del mineral conocido como ilmenita (FeTiO3). Este elemento fue descubierto años más tarde por el químico alemán Heinrich Klaproth, en este caso en el mineral rutilo (TiO2), que fue quien en 1795 le dio el nombre de titanio.


El titanio como metal no se usó fuera del laboratorio hasta que en 1946 William Justin Kroll desarrolló un método para poder producirlo comercialmente: mediante la reducción del TiCl4 con magnesio. Éste método es el más utilizado hoy en día y se le conoce con el nombre del proceso Kroll.


 (William Gregor)
 (Heinrich Klaproth)
 (William Justin Kroll)

Para más información sobre el proceso de obtención pulsar aquí:
http://dl.dropbox.com/u/60233721/kroll.wmv

ALEACIONES DEL TITANIO


Aleaciones férreas

Son aquéllas en las que el principal componente es el hierro. Gran interés como material para la construcción de diversos equipos y su producción es muy elevada, debido a:

-Abundancia de hierro en la corteza terrestre.
-Técnica de fabricación del acero económica.
-Alta versatilidad.
-Inconveniente: fácil corrosión.

Aleaciones no férreas

Se distinguen aleaciones moldeables, que no se deforman suficientemente y aleaciones hechurables, en función de la facilidad de deformación.

- Titanio comercialmente puro: este metal es relativamente débil, pierde su resistencia a temperaturas elevadas, pero tiene una gran resistencia a la corrosión. Las aplicaciones incluyen cambiadores de calor, tuberías, reactores, bombas y válvulas.

- Aleaciones de titanio alfa: tienen adecuada resistencia a la corrosión y a la oxidación, mantienen bien su resistencia a elevadas temperaturas, tienen conveniente soldabilidad y normalmente poseen aceptable ductilidad y conformabilidad.

- Aleaciones de titanio beta: sus aplicaciones incluyen los sujetadores de alta resistencia, vigas y otros elementos para su uso aeroespacial.

- Aleaciones de titanio alfa-beta. Las aleaciones alfa-beta pueden tratarse térmicamente para obtener altas resistencias. 

PROCESOS TECNOLÓGICOS DEL TITANIO

Fundición:

Se realiza cuando se trata de piezas de diseño complejo que hace difícil el forjado o mecanizado de las mismas. Se utilizan diversas piezas fundidas, desde muy voluminosas hasta muy pequeñas de aplicaciones biomédicas.
Hay dos métodos principales para la fundición de piezas:
  • Fundición por moldeo de grafito apisonado, recomendado para la fundición de piezas de gran tamaño por ser el procedimiento más económico porque no hay necesidad de fabricar moldes especiales.
  • Fundición a la cera perdida, es el método más apropiado para fundir piezas pequeñas y de gran precisión con acabados de alta calidad.
La verificación de piezas fundidas se realiza mediante líquidos penetrantes, rayos X o ultrasonidos.















Forja:

Es un proceso de conformado por deformación plástica que puede realizarse en caliente o en frío y en el que la deformación del material se produce por la aplicación de fuerzas de compresión. Se utiliza para dar una forma y unas propiedades determinadas a los metales y aleaciones a los que se aplica mediante grandes presiones.
Ejemplos:
  • Bielas de motores de automóviles de competición
  • Prótesis e implantes médicos
  • Cabezas de palos de golf
  • Turbinas de turbo-compresores
  • Accesorios para tuberías
  • para cabeceros de cama o elementos decorativos como figuras de adorno

Soldadura:

A la hora de afrontar la soldadura de piezas de titanio hay que tener en cuenta que si se supera la temperatura de fusión, puede sufrir una decoloración porque reacciona fácilmente en contacto con los gases atmosféricos. Esta decoloración puede suponer pérdida de ductilidad y de resistencia mecánica. Por lo tanto es muy importante que en la soldadura se proteja la zona de soldadura con gases inertes.

Embutición:.


La embutición es una técnica para moldear metales en caliente en un sola operación con la acción conjunta de una prensa y el molde o troquel adecuado a la pieza que se quiere fabricar. Para facilitar la embutición es necesario que el material tenga una gran elongación a la tracción.
La técnica consiste colocar la pieza a moldear entre las dos mitades del troquel o molde, calentando a la temperatura que permita la mejor plasticidad del material. Se insufla argón en la parte superior del molde forzando la lámina de titanio hacia la parte interior del troquel.

Pulvimetalurgia:


La pulvimetalurgia o metalurgia de polvos es un proceso de fabricación que, partiendo de polvos finos y tras su compactación para darles una forma determinada (compactado), se calientan en atmósfera controlada (sinterizados)para la obtención de la pieza.
La pulvimetalurgia del titanio se utiliza para la fabricación de piezas complejas de espesores muy pequeños.

Otros procesos son la extrusión, mecanizado, fresado químico o rectificación de precisión.

viernes, 13 de enero de 2012

APLICACIONES DEL TITANIO

Titanio quirúrgico
 (prótesis ósea)


El titanio es un metal compatible con los tejidos del organismo humano que toleran su presencia sin reacciones alérgicas del sistema inmunitario. Esta propiedad de compatibilidad del titanio unido a sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y resistencia han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones médicas, como prótesis de cadera y rodilla, tornillos óseos…


Otros usos
    • Industria energética: es muy utilizado en la construcción de sistemas de intercambio térmico en las centrales térmicas eléctricas y nucleares, debido principalmente a sus características de resistencia mecánica y química.

    • Industria automovilística: están incorporando componentes de titanio en los vehículos que fabrican, con el fin de aligerar el peso de los mismos, así por ejemplo ya existen muelles y bielas de titanio. Especialmente en el caso de los muelles se mejora el módulo de Young y una mejor calidad de la suspensión. 
                                            

      • Industria militar: se emplea como material de blindaje, en la carrocería de vehículos ligeros, en la construcción de submarinos nucleares y en la fabricación de misiles.

      • Industria aeronáutica y espacial: Debido a su fuerza, baja densidad y el que puede soportar temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se emplean en aviones y cohetes espaciales. El titanio y sus aleaciones se aplican en la construcción aeronáutica básicamente para construir forjados estructurales de los aviones, discos de ventilación, álabes y palas de turbinas.

        • Construcción naval: La propiedad que tiene el titanio de ser resistente a la corrosión permite que algunas de sus aleaciones sean muy utilizadas en construcción naval donde se fabrican hélices y ejes de timón, intercambiadores de calor, condensadores y conducciones en centrales que utilizan agua de mar como refrigerante, porque el contacto con el agua salada no le afecta.
          • Industria relojera: Los relojes deportivos que requieren un material resistente a menudo usan el titanio, un metal fuerte, blanco. Los relojes de pulsera de titanio son de peso ligero, fuertes  y resisten la corrosión.
          • Joyería: Metal seminoble en el ámbito de la joyería y de la bisutería. Así es posible encontrar pulseras, pendientes, anillos, etc., fabricados en este metal. Para mejorar el aspecto superficial del titanio se le somete a diferentes tipos de procesos que refuerzan su belleza.

          • Instrumentos deportivos: Con titanio se producen actualmente distintos productos de consumo deportivo como palos de golf, bicicletas, cañas de pescar, etc.

          • Decoración: También se han empleado láminas delgadas de titanio para recubrir algunos edificios, como por ejemplo el Museo Guggenheim de Bilbao.

          APLICACIONES DEL TITANIO NO METÁLICO

          Algunos compuestos de titanio pueden tener aplicaciones en tratamientos contra el cáncer. Por ejemplo, en el caso de tumores gastrointestinales y de mama.

          Tetracloruro de titanio


          Es un líquido entre incoloro y amarillo. No se encuentra de forma natural y es producido a partir de minerales que contienen titanio.
          Se emplea en la fabricación de titanio metálico o para obtener bióxido de titanio. Se degrada rápidamente en el aire, por lo que no suele ser tóxico es tóxico, sin embargo, es muy irritante a los ojos, la piel, membranas mucosas y los pulmones.

          Dióxido de titanio








          Se encuentra en una forma negra o de color castaño conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentra menos en la naturaleza son la anatasita y la brooquita. Ambos son de color blanco.

          Aplicaciones

          • Los pigmentos de dióxido de titanio se utilizan en la producción de pinturas y plásticos papel, tintas de impresión, cosméticos, productos textiles, farmaceúticos y alimentarios. El dióxido de titanio es el pigmento más habitualmente utilizado en el mundo.
          • En artes gráficas donde se precisan pequeños espesores de recubrimientos se utilizan pigmentos de dióxido de titanio muy finos.
          • El dióxido también se ha empleado como agente blanqueador y opacador en esmaltes de porcelana, dando un acabado final de gran brillo, dureza y resistencia.

          PRODUCTORES MUNDIALES DE TITANIO


           Existen depósitos significativos de titanio en Australia occidental, Canadá, Nueva Zelanda, Noruega y Ucrania. Las reservas conocidas de titanio se estiman en unas 600 millones de toneladas.

          TITANIO Y TOXICIDAD


          El titanio tiene un nivel bajo de toxicidad y no es cancerígeno. La sobreexposición al polvo de titanio puede ocasionar dolor en el pecho, tos o dificultad para respirar. En contacto con la piel o los ojos puede generar irritación.