Combinación de polvo y coloides para fabricar componentes de titanio más baratos

“Mediante este método podemos utilizar polvos muy finos que permiten reducir la temperatura y el tiempo de sintetización, es decir, abaratamos costes y conseguimos materiales con una microestructura más fina, lo que repercutirá favorablemente en las propiedades mecánicas”, explica la corresponsable del grupo, Elena Gordo, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de los Materiales de la UC3M.

El titanio es el metal con mayor resistencia respecto a su peso y se caracteriza por sus excelentes propiedades, como su baja densidad, biocompatibilidad, gran resistencia a la corrosión y su carácter no magnético, entre otras. Por ello, se utiliza con asiduidad en el campo biomédico y, sobre todo, en la industria aeronáutica, y sería altamente demandado en sectores como el de la automoción de no ser por su elevado coste, según los investigadores.

“Actualmente el gran reto de la industria del titanio es la reducción de costes totales de los componentes producidos”, señala Elena Gordo. “Es un gran reto global, en el que están trabajando muchos grupos en el mundo, utilizando distintas estrategias”, apunta.

De hecho, por ejemplo, recientemente el departamento de Energía de EE UU ha invertido un millón y medio de dólares en un proyecto en el que colaboran, entre otros, la Universidad de Utah y la compañía Ford Motor, para el desarrollo de un método de producción de componentes de titanio de bajo coste mediante pulvimetalurgia, con el objetivo final de aplicarlo en industrias como la aeronáutica y automoción.

En este sentido, las técnicas pulvimetalúrgicas presentan grandes ventajas para el procesamiento de titanio, como el elevado aprovechamiento de material, la reducción de etapas de procesado y el diseño de aleaciones a medida. Sin embargo, presenta dificultades, especialmente en el caso de polvos de pequeño tamaño de partícula. Y es aquí donde entra en acción la técnica coloidal, que normalmente se utiliza para procesar cerámicas.

“Con las técnicas coloidales se pueden obtener suspensiones dispersas homogéneamente y estables con alto contenido en sólidos que se pueden pulverizar con aire (‘spray-dry’) para obtener aglomerados esféricos que mejoran el comportamiento frente a la sinterización (una fase de horneado de las piezas), lo que supone reducir en más de 200 ºC y una hora las condiciones utilizadas normalmente para el titanio”, explica la profesora Elena Gordo.

De hecho, es la primera vez que se utiliza con éxito esta combinación de técnicas para obtener piezas con baja porosidad. Hasta el momento otros autores solo han logrado materiales con porosidades elevadas.

La utilización de las técnicas coloidales y pulvimetalúrgicas abre un enorme abanico de posibilidades a la hora de diseñar materiales. Ya se han obtenido con éxito dispersiones homogéneas de partículas cerámicas nanométricas en polvos de titanio, lo que permite modificar la microestructura de los materiales y sus propiedades, así como mejorar la resistencia al desgaste.

Además, se pueden fabricar materiales porosos, materiales gradiente (su composición varía de un lado a otro), diseños bottom-up (suma de elementos sencillos para hacer uno complejo), etc., posibilidades en las que está trabajando el grupo actualmente.

El grupo GTP trabaja en diversas líneas de investigación en torno al titanio, como el diseño de nuevas aleaciones con elementos más baratos, como el hierro en lugar del vanadio. La obtención de titanio sinterizado de altas prestaciones, tratando de alcanzar la densidad total del material o ausencia de porosidad; el desarrollo de recubrimientos y/o tratamientos superficiales para aumentar su resistencia al desgaste y oxidación o, por último, el estudio de su biocompatibilidad en comparación con aleaciones convencionales.

“El grupo lleva trabajando en esta línea desde hace casi una década, por lo que la investigación que estamos realizando abarca una amplitud de temas que hace que seamos uno de los grupos más importantes en Europa en este campo”, resalta la investigadora. De hecho, el GTP es pionero en España en el desarrollo de aleaciones de titanio utilizando técnicas pulvimetalúrgicas.

Referencia bibliográfica:

Neves, RG; Escribano, JA; Ferrari, B; Gordo, E; Sanchez-Herencia, AJ. “Improvement of Ti Processing through Colloidal Techniques”. Key Engineering Materials 520: 335-340, 2012. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.520.335.

El trabajo se está realizando gracias a la financiación del Ministerio de Economía y Competitividad a través del proyecto MAT2009-14448-C02 titulado Procesamiento por asociación de técnicas coloidales y pulvimetalúrgicas para el diseño de estructuras nanocompuestas metalocerámicas (COMETAS) y el recientemente concedido MAT2012-38650-C02, ambos coordinados con el ICV.