Titanio

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Titanio
Escandio ‚Üź Titanio ‚Üí Vanadio
-
  Hexagonal.svg
 
22
Ti
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
‚ÜĎ
Ti
‚Üď
Zr
Tabla completa ‚ÄĘ Tabla extendida
Apariencia
Plateado
Ti,22.jpg
Información general
Nombre, s√≠mbolo, n√ļmero Titanio, Ti, 22
Serie química Metales de transición
Grupo, período, bloque 4, 4, d
Masa atómica 47,867 u
Configuración electrónica [Ar]3d24s2
Dureza Mohs 6
Electrones por nivel 2, 8, 10, 2 (imagen)
Propiedades atómicas
Radio medio 140 pm
Electronegatividad 1,54 (Pauling)
Radio atómico (calc) 176 pm (Radio de Bohr)
Radio iónico {{{radio_iónico}}}
Radio covalente 136 pm
Radio de van der Waals Sin datos pm
Estado(s) de oxidación 4
√ďxido Anf√≥tero
1.ª Energía de ionización 658,8 kJ/mol
2.ª Energía de ionización 1309,8 kJ/mol
3.ª Energía de ionización 2652,5 kJ/mol
4.ª Energía de ionización 4174,6 kJ/mol
5.ª Energía de ionización 9581 kJ/mol
6.ª Energía de ionización 11533 kJ/mol
7.ª Energía de ionización 13590 kJ/mol
8.ª Energía de ionización 16440 kJ/mol
9.ª Energía de ionización 18530 kJ/mol
10.ª Energía de ionización 20833 kJ/mol
Propiedades físicas
Estado ordinario Sólido
Densidad 4507 kg/m3
Punto de fusi√≥n 1941 K
Punto de ebullici√≥n 3560 K
Punto de inflamabilidad {{{P_inflamabilidad}}} K
Entalpía de vaporización 421 kJ/mol
Entalpía de fusión 15,45 kJ/mol
Presión de vapor 0,49 Pa a 1933 K
Temperatura cr√≠tica {{{T_cr√≠tica}}} K
Presi√≥n cr√≠tica {{{P_cr√≠tica}}} Pa
Volumen molar m3/mol
Varios
Estructura cristalina Hexagonal
N¬į CAS 7440-32-6
N¬į EINECS 231-142-3
Calor específico 520 J/(K·kg)
Conductividad eléctrica 2,38 × 106 S/m
Conductividad térmica 21,9 W/(K·m)
Velocidad del sonido 4140 m/s a 293.15 K (20 ¬įC)
Isótopos más estables
iso AN Periodo MD Ed PD
MeV
44Ti Sint√©tico 60,0 a őĶ 0,268 44Sc
46Ti 8,25 % Estable con 24 neutrones
47Ti 7,44 % Estable con 25 neutrones
48Ti 73,72 % Estable con 26 neutrones
49Ti 5,41 % Estable con 27 neutrones
50Ti 5,18 % Estable con 28 neutrones
Nota: unidades seg√ļn el SI y en CNPT, salvo indicaci√≥n contraria.

El titanio es un elemento qu√≠mico de s√≠mbolo Ti y n√ļmero at√≥mico 22. Se trata de un metal de transici√≥n de color gris plata. Comparado con el acero, metal con el que compite en aplicaciones t√©cnicas, es mucho m√°s ligero (4,5/7,8). Tiene alta resistencia a la corrosi√≥n y gran resistencia mec√°nica, pero es mucho m√°s costoso que aquel, lo cual limita su uso industrial.

Es un metal abundante en la naturaleza; se considera que es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas. 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; asimismo, este metal tiene propiedades biocompatibles, dado que los tejidos del organismo toleran su presencia, por lo que es factible la fabricación de muchas prótesis e implantes de este metal.

El titanio fue declarado material estrat√©gico por parte de Estados Unidos durante muchos a√Īos. Puede formar aleaciones con otros elementos, tales como hierro, aluminio, vanadio, molibdeno y otros, para producir componentes muy resistentes que son utilizados por las industrias aeroespacial, aeron√°utica, militar, petroqu√≠mica, agroindustrial, automovil√≠stica y m√©dica.

Contenido

Historia

Martin Kalproft, creador del nombre del titanio

El titanio (que recibe el nombre de los Titanes, hijos de Urano y Gea de la mitología griega) fue descubierto en 24 A.C por William Gregor, al analizar un material que había encontrado. En 1795, el químico Martín Kalprotz, descubridor del uranio, le dio el nombre de titanio Este elemento es muy habitual en la naturaleza. Las rocas ígneas, los materiales formados por descomposición de rocas ígneas, muchos minerales, principalmente los que tienen hierro y todos los organismos vegetales y animales, contienen titanio.

El titanio se extrae en primer lugar del rutilo (óxido de titanio), abundante en las arenas costeras. Para ello, el titanio debe someterse antes a un proceso de refinado, para prevenir su reacción con sustancias tales como el nitrógeno, el oxígeno y el hidrógeno.

Matthew A. Hunter fue el primero que obtuvo titanio (con una pureza del 99.9%) calentando tetracloruro de titanio (TiCl4) con sodio a 700-800 ¬įC.

El titanio como metal no se empleó hasta 1946 en que William Justin Kroll desarrolló un método para poder producirlo industrialmente, reducciendo el TiCl4 con magnesio. Este método, llamado Método de Kroll, se sigue utilizando actualmente. En este proceso el metal se debe mantener en una atmósfera de gas inerte, como argón o helio, para impedir la reacción con otros elementos.[1]

En la década de 1950 y 1960 la Unión Soviética lo empleó en usos militares. En los EE. UU., el Departamento de Defensa (DOD) entendiendo la importancia estratégica del metal apoyó. Durante la guerra fría, el gobierno estadounidense lo consideró un material estratégico, y las reservas de esponja de titanio fueron mantenidas por el Centro de Reservas Nacional de Defensa, que desapareció en 2005. Hoy el mayor productor mundial es el consorcio ruso VSMPO-AVISMA, que supone el 29% de la producción mundial.

En 2006, la Agencia de Defensa estadounidense subvencionó con 5,7 millones de dólares a dos empresas para desarrollar un nuevo proceso de fabricación de polvo de titanio. Pues con calor y presión, el polvo de titanio de peso ligero sirve para revestir y fortalecer superficies como armaduras o componentes del sector aeroespacial, el transporte o industrias de tratamiento químico.

Isótopos

Electrones del titanio.

Se encuentran 5 is√≥topos estables en la naturaleza: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti y 50Ti, siendo el 48Ti el m√°s abundante (73,8%). Se han caracterizado 11 radiois√≥topos, siendo los m√°s estables el 44Ti, con un periodo de semidesintegraci√≥n de 60 a√Īos, 45Ti (184,8 minutos), 51Ti (5,76 minutos) y el 52Ti (1,7 minutos). Para el resto, sus periodos de semidesintegraci√≥n son de menos de 33 segundos, y la mayor√≠a de menos de medio segundo.

El peso atómico de los isótopos va desde 39,99 uma (40Ti) hasta 57,966 uma (58Ti). El primer modo de decaimiento antes del isótopo más estable, el 48Ti, es la captura electrónica, mientras que después de éste es la desintegración beta. Los isótopos del elemento 21 (escandio) son los principales productos de decaimiento antes del 48Ti, mientras que después son los isótopos del elemento 23 (vanadio).

Características del titanio

Características físicas

Entre las características físicas del titanio se tienen las siguientes:

Características mecánicas

Entre las características mecánicas del titanio se tienen las siguientes:

Características químicas

  • Se encuentra en forma de √≥xido, en la escoria de ciertos minerales y en cenizas de animales y plantas.
  • Presenta dimorfismo, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta (hcp) llamada fase alfa. Por encima de 882 ¬įC presenta estructura c√ļbica centrada en el cuerpo (bcc) se conoce como fase beta.
  • La resistencia a la corrosi√≥n que presenta es debida al fen√≥meno de pasivaci√≥n que sufre (se forma un √≥xido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al √°cido sulf√ļrico (H2SO4) diluido y al √°cido clorh√≠drico (HCl) diluido, as√≠ como a otros √°cidos org√°nicos, tambi√©n es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se puede disolver en √°cidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en √°cido fluorh√≠drico (HF), o con fluoruros en √°cidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar f√°cilmente con el nitr√≥geno, el ox√≠geno, el hidr√≥geno , el boro y otros no metales.
  • Sus iones no tienen existencia a pH b√°sicos.

Metalurgia del titanio: el método Kroll

Mineral de titanio.
Titanio, realizados por método: Van-Arkel-de-Boer
Artículo principal: Método de Kroll

El titanio no se encuentra libre en la naturaleza, los minerales que muestran una mayor concentraci√≥n de este metal son el rutilo (TiO2) y la ilmenita(FeO‚ÄĘTiO2), adem√°s de la anatasa y la brookita (ambas son tambi√©n TiO2).

Para obtener titanio puro, a partir de los minerales que lo contienen se utiliza mayoritariamente el llamado Método de Kroll, que consiste en la reducción de tetracloruro de titanio con magnesio, en una atmósfera de argón que impide su oxidación. El proceso es el siguiente:

  • Obtenci√≥n de tetracloruro de titanio por cloraci√≥n a 800 ¬įC, en presencia de carbono, seg√ļn la reacci√≥n:
    2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C ‚Üí 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO
  • Se reduce el TiCl4 con magnesio o sodio molido en atm√≥sfera inerte seg√ļn:
  • Si se utiliza el Sodio (Na) en el proceso se producen la siguiente reacci√≥n:
    TiCl4 + 4 Na ‚Üí 4NaCl + Ti
  • Si se utiliza el Magnesio (Mg) para purificarlo se produce la siguiente reacci√≥n:
    TiCl4 + 2 Mg ‚Üí Ti + 2 MgCl2[2]

En la actualidad (2007) existen formas de refinado del titanio, como alternativa al método Kroll, tradicionalmente utilizado desde 1937.

Aleaciones de titanio

Comercial y técnicamente existen muchas aleaciones de titanio. Las aleaciones más conocidas son las siguientes:

Ti grado 2, tiene la siguiente composici√≥n qu√≠mica: TiFe(0,25-0,30) Es conocido como titanio comercial puro. Tiene una resistencia a la tracci√≥n de 345 MPa, un l√≠mite el√°stico de 275 MPa, una ductilidad del 20% una dureza de 82 HRB, se puede soldar y una resistencia el√©ctrica de 0,56 (őľő©m). Sus principales aplicaciones son campos donde se requiere resistencia a la corrosi√≥n y conformabilidad como las tuber√≠as, intercambiadores de calor, etc.

Ti grado 5, conocido como Ti6Al4V, tiene un porcentaje del 6% de aluminio y un 4% de vanadio. Es la aleaci√≥n de titanio m√°s utilizada, sobre todo, en el campo de la aeron√°utica, en el de la biomedicina o la estomatolog√≠a. Tiene una resistencia a la tracci√≥n de 896 MPa, un l√≠mite el√°stico de 827 MPa, una ductilidad del 10% una dureza de 33 HRB una soldabilidad muy buena y una resistividad el√©ctrica de 1,67 (őľő©m). Sus aplicaciones son donde se requiera alta resistencia mec√°nica y altas temperaturas como en ( torniller√≠a y piezas forjadas)

Ti grado 19, tiene la siguiente composici√≥n qu√≠mica Ti3Al8V6Cr4Zr4Mo (Beta-C) Tiene una resistencia a la tracci√≥n de 793 MPa, un l√≠mite el√°stico de 759 MPa una ductilidad de 15% una dureza de 45 HRB una soldabilidad regular y una resistividad de 1,55 (őľő©m). Sus aplicaciones son donde se requiera alta resistencia a la corrosi√≥n y a la temperatura ((Aplicaciones marinas y motores de aviones)

Ti6246 Tiene la siguiente composici√≥n qu√≠mica: Ti6Al2Sn4Zr6Mo, Tiene una resistencia a la tracci√≥n de 1172 Mpa, un l√≠mite el√°stico de 1103 Mpa una ductilidad del 10% una dureza de 39 HRB una soldabilidad limitada y una resistividad el√©ctrica de 2 (őľő©m) Sus aplicaciones son donde se requiera alta resistencia mec√°nica obtenida por temple.


Las especificaciones ASTM (American Society for Testing and Materials) clasifican las diferentes presentaciones del titanio.

Los m√°s utilizados son los siguientes:

  • Ti grado 1, 2, 3 y 4 incluyen el llamado titanio puro con una composici√≥n superior al 99% de Ti.
  • Ti grado 5 y 9 son aleaciones resistentes a la corrosi√≥n y un resistencia mec√°nica media.
  • Ti grado 7, 11 y 12 son aleaciones muy resistentes a la corrosi√≥n.

La aleación Ti Beta-C es una aleación muy resistente a la corrosión y a la temperatura.

Las normas ASTM fijan las utilidades del titanio y sus aleaciones:

  • ASTM B265: fleje, pletina y chapa
  • ASTM B263: accesorios soldados y sin soldadura
  • ASTM B348: barras y palanquillas
  • ASTM B367: piezas de fundici√≥n
  • ASTM B381: forjados
  • ASTM B861: tuber√≠a sin soldadura
  • ASTM B862: tuber√≠a soldada
  • ASTM B863: hilo y alambre

Procesos tecnológicos del titanio

Fundición

Artículo principal: Fundición

La fundici√≥n de piezas de titanio se realiza cuando se trata de piezas de dise√Īo complejo que hace dif√≠cil el forjado o mecanizado de las mismas. Hay muchas aplicaciones donde se utilizan piezas fundidas desde piezas muy voluminosas hasta piezas muy peque√Īas de aplicaciones biom√©dicas.

Hay dos métodos principales para la fundición de piezas:

  • Fundici√≥n por moldeo de grafito apisonado, recomendado para la fundici√≥n de piezas de gran tama√Īo por ser el procedimiento m√°s econ√≥mico porque no hay necesidad de fabricar moldes especiales.
  • Fundici√≥n a la cera perdida, es el m√©todo m√°s apropiado para fundir piezas peque√Īas y de gran precisi√≥n con acabados de alta calidad.

En el desarrollo de las diferentes prótesis óseas y dentales se recurre a la fundición de los componentes en hornos muy sofisticados para obtener una gran precisión y calidad de las piezas fundidas, a partir de los moldes adecuados. Debido a la afinidad del titanio líquido por el oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, así como la reactividad con los crisoles y moldes metálicos, se requiere que la fusión sea al vacío y en crisoles de grafito.

Las propiedades mecánicas de las piezas de fundición son muy similares a las de las piezas forjadas y del titanio en general. Se funden piezas de hasta 600 kg, tanto de titanio comercial puro como de las diferentes aleaciones.

La verificación de piezas fundidas se realiza mediante líquidos penetrantes, rayos X o ultrasonidos.

Forja

Artículo principal: Forja

Para la conformación de piezas de titanio por forjado se pueden utilizar las técnicas y herramientas convencionales que se utilizan para el forjado de piezas de acero. El forjado en caliente exige controlar rigurosamente la temperatura con la que se trabaja, para obtener un control exacto de la estructura de la pieza y de sus propiedades.

Se pueden forjar piezas de cualquier aleaci√≥n de titanio con estructura de grado √ļnico y con una resistencia y dureza direccionales o localizadas. Las modernas m√°quinas herramientas de mecanizado por Control Num√©rico est√° eliminando muchas veces el forjado de piezas cuando se trata de series reducidas porque es m√°s econ√≥mico realizar un mecanizado de desbaste general de la pieza y un posterior acabado fino que un proceso de forja

La posibilidad de la deformación en caliente si se hace a temperatura superior a la transformación alotrópica que es equivalente a la de los aceros inoxidables, puede presentar en algunos casos superelasticidad.

Ejemplo de piezas forjadas pueden ser las siguientes:

  • Bielas de motores de autom√≥viles de competici√≥n
  • Pr√≥tesis e implantes m√©dicos
  • Cabezas de palos de golf
  • Turbinas de turbo-compresores
  • Accesorios para tuber√≠as
  • para cabeceros de cama o elementos decorativos como figuras de adorno

Soldadura

Artículo principal: 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.

Tambi√©n perjudican la soldadura los contaminantes de las superficies a soldar, tales como √≥xido, polvo, limaduras y virutas, por lo que deben eliminarse por ba√Īo de decapaci√≥n, mecanizado pulido o chorro de arena.

La soldadura debe limpiarse con pa√Īo de acetona o cepillo de acero inoxidable o titanio

El titanio de grado 2 y 5 poseen una buena soldabilidad aunque pierden un poco de valor de sus propiedades mec√°nicas con respecto al metal base.

El equipo de soldadura con arco de gas inerte para titanio (TIG, MIG) es similar a los equipos utilizados para soldar acero, aunque se requiere una mejor protección del gas inerte. En caso de piezas críticas donde la protección gaseosa sea difícil puede ser necesario realizar la soldadura en una cámara de soldadura.

Para la verificación de piezas soldadas se puede recurrir a los métodos tradicionales de rayos X, ultrasonidos o líquidos penetrantes.

Los procesos de soldadura que admite el titanio son:

Extrusión

Artículo principal: Extrusión

Extrusión es en general, la acción de dar forma o moldear una masa haciéndola salir por una abertura especialmente dispuesta.

El titanio y sus aleaciones permiten ser extruidos, pudiendo obtener diversos perfiles tanto para acabados en bruto como para piezas finales. La técnica de extrusión es particularmente recomendable para la producción de pieza largas y de sección compleja.

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. que se trate de materiales policristalinos da grano fino a altas temperaturas. Esta propiedad la tiene la aleación de titanio de grado 5 Ti6Al4V.

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.

Mecanizado

Artículo principal: Mecanizado

El mecanizado de piezas de titanio en máquinas herramientas normales se realiza en condiciones parecidas a las que se utiliza para mecanizar acero o aleaciones de aluminio, y las condiciones tecnológicas del mecanizado dependerán de la dureza que tenga la aleación de titanio que se mecanice. El titanio es más elástico que el acero por lo que las piezas mal sujetas pueden tender a doblarse ante las herramientas de corte. Hay que refrigerar el mecanizado con un refrigerante adecuado teniendo en cuenta que el titanio es mal conductor térmico y por tanto difícil de refrigerar, pudiendo deteriorar el filo de corte de las herramientas a consecuencia de las altas temperaturas en la zona de corte.

Fresado químico

Las piezas de titanio permiten el fresado químico de tal manera que se puede conseguir una gran precisión en dicha operación. Para esta tarea se utiliza un ataque de ácido de superficie, selectivo y controlado.

Rectificado de precisión

Los rectificados de precisi√≥n deben realizarse con muelas abrasivas muy reavivadas, con el mayor di√°metro y espesor posible, duras y con gran potencia y velocidades lineales adecuadas. Para el rectificado cil√≠ndrico se recomiendan muelas con al√ļmina y un refrigerante adecuado de chorro de gran caudal que sea muy bien filtrado y cambiarlo a menudo.

Pulvimetalurgia

Artículo principal: 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 (sinterizado) para la obtención de la pieza.

La pulvimetalurgia del titanio se utiliza para la fabricaci√≥n de piezas complejas de espesores muy peque√Īos, por ejemplo menores de 1 mm, donde se exijan acabados superficiales muy finos.

Se puede conseguir pulvitanio de base mediante las siguientes técnicas:

  • Sinterizado compactado en fr√≠o
  • Sinterizado prensado isost√°tico en fr√≠o
  • Prensado isost√°tico en caliente
  • Prensado en caliente al vac√≠o o en un molde interior

Tratamientos del titanio

Tratamiento termoquímico: nitruración

Artículo principal: Nitruración

El tratamiento termoquímico de nitruración del titanio puro y de la aleación Ti6Al4V produce una capa de revestimiento lisa y homogénea , con incrementos de la dureza superficial de hasta un 500% respecto al material no tratado.

La capa de nitruro de titanio formada tiene un espesor de 2-3 mm, en tres horas de tratamiento, formada por peque√Īos granos de nitruros con di√°metros del orden de los 50-100 nm. El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N)

Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomédicas del titanio y en los componentes de motocicletas y automóviles de competición: bielas, válvulas, etc.[3]

Las piezas a tratar se colocan en una c√°mara en vac√≠o y son sometidas a una temperatura de 500 ¬įC. Se inyecta nitr√≥geno, que en contacto con iones de titanio, reaccionan para formar nitruro de titanio, presentando al final del proceso un color dorado. Con esta t√©cnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB. Las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosi√≥n.

Tratamiento superficial

Como tratamientos superficiales del titanio se pueden citar los siguientes:

Cuando se produce deslizamiento de superficies de titanio sobre titanio o cualquier otro metal, se manifiesta una gran tendencia a la excoriación, por lo que se requiere en esos casos lubricar las superficies de contacto con lubricantes de película seca a base de disulfuro de molibdeno, grafito o similares. Donde más se aplica este tipo de lubricación es en tornillos y pernos roscados.

Un método de mejorar las propiedades superficiales del titanio, concretamente la mejora de la resistencia a la corrosión, es cuando se somete el titanio a un tratamiento superficial de oxidación que, además, puede originar una variedad de colores muy atractiva que amplía las posibilidades del titanio en el sector de la joyería y de la decoración. Existen distintas técnicas para llevar a cabo la oxidación superficial del titanio para producir su coloración, como son el tratamiento térmico, el procesado con plasma o la oxidación electrolítica.

Ya existe una alternativa a los métodos tradicionales de oxidación que consiste en que el tratamiento superficial se realice con láser. Esta técnica presenta una gran resolución espacial, rapidez de procesado y ausencia de contacto material con la pieza a tratar. Además, la posibilidad de irradiar zonas de difícil acceso y la versatilidad de los sistemas de marcado proporcionan al láser una gran aplicabilidad en la coloración del titanio. El proceso de láser también puede ser empleado posteriormente al proceso de anodizado para escribir, grabar y marcar.[4]

El proceso de anodización es una técnica que se utiliza para aumentar el grosor de la capa de óxido y constituye una solución eficaz y poco costosa para piezas que no estén sometidas a un desgaste continuo. Si durante la anodización se depositan polímeros de bajo coeficiente de rozamiento se aumenta la dureza superficial de la pieza.

El tratamiento superficial de ionización se realiza en frío y consiste en acelerar en vacío iones de nitrógeno y hacerlos impactar contra la superficie tratada. Con este procedimiento la dureza superficial aumenta hasta 1500 HV. Esta técnica da muy buenos resultados en el tratamiento de engranajes y tornillería.

Aplicaciones del titanio

Aplicaciones biom√©dicas: titanio quir√ļrgico

Prótesis ósea
Vista de una formación de aviones SR-71 que incorporan numerosos componentes de titanio.

El titanio es un metal compatible con los tejidos del organismo humano que toleran su presencia sin reacciones al√©rgicas del sistema inmunitario. Esta propiedad de compatibilidad del titanio unido a sus cualidades mec√°nicas de dureza, ligereza y resistencia han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones de gran utilidad para aplicaciones m√©dicas, como pr√≥tesis de cadera y rodilla, tornillos √≥seos, placas antitrauma e implantes dentales, componentes para la fabricaci√≥n de v√°lvulas card√≠acas y marcapasos, gafas, material quir√ļrgico tales como bistur√≠s, tijeras, etc.

  • La aleaci√≥n de titanio m√°s empleada en este campo contiene aluminio y vanadio seg√ļn la composici√≥n: [[Ti6Al4V]]. El aluminio incrementa la temperatura de la transformaci√≥n entre las fases alfa y beta. El vanadio disminuye esa temperatura. La aleaci√≥n puede ser bien soldada. Tiene alta tenacidad.

Las especificaciones ASTM empleadas en el titanio quir√ļrgico son las siguientes:

  • ASTM B265: placa y l√°mina: ASTM F1108 Ti6Al4V: pieza moldeada para implantes quir√ļrgicos
  • ASTM B299: esponja: ASTM F1295 Ti6Al7: aleaciones de niobio para aplicaciones de implantes quir√ļrgicos
  • ASTM B861/B862: tubo: ASTM F1341: alambre de titanio sin aleaciones para aplicaciones de implante quir√ļrgico
  • ASTM B338: ASTM F136 Ti6Al4V: para aplicaciones de implante quir√ļrgico
  • ASTM B348: barra: ASTM F1472 Ti6Al4V: para aplicaciones de implante quir√ļrgico
  • ASTM B363: conexiones: ASTM F620 Ti6Al4V: forjados para implantes quir√ļrgicos
  • ASTM B367: piezas moldeadas: ASTM F67: titanio sin aleaciones para aplicaciones de implante quir√ļrgico
  • ASTM B381: forjado: varias especificaciones especiales AMS y MIL-T.

Las razones para considerar el material ideal para implantes endoóseos son:

  • El titanio es inerte, la cubierta de √≥xido en contacto con los tejidos es insoluble, por lo cual no se liberan iones que pudieran reaccionar con las mol√©culas org√°nicas.
  • El titanio en los tejidos vivos representa una superficie sobre la que el hueso crece y se adhiere al metal, formando un anclaje anquil√≥tico, tambi√©n llamado osteointegraci√≥n.

Esta reacción normalmente sólo se presenta en los materiales llamados bioactivos y es la mejor base para los implantes dentales funcionales.

  • Posee buenas propiedades mec√°nicas, su fuerza de tensi√≥n es muy semejante a la del acero inoxidable utilizado en las pr√≥tesis quir√ļrgicas que reciben carga. Es mucho m√°s fuerte que la dentina o cualquier cortical √≥sea, permitiendo a los implantes soportar cargas pesadas.
  • Este metal es suave y maleable lo cual ayuda a absorber el choque de carga.

Otros usos

Reloj con carcasa de titanio
  • Industria energ√©tica: El titanio es muy utilizado en la construcci√≥n de sistemas de intercambio t√©rmico en las centrales t√©rmicas el√©ctricas (y tambi√©n en las centrales nucleares), debido principalmente a sus caracter√≠sticas de resistencia mec√°nica (lo que hace que los haces tubulares que constituyen esos intercambiadores sean muy resistentes a las vibraciones y que los espesores de los tubos puedan ser menores, facilitando el intercambio de calor) y qu√≠micas (el titanio, a semejanza del cobre, genera una capa inoxidable sobre su superficie, lo que lo hace mucho qu√≠micos: Determinadas aleaciones de titanio se utilizan para fabricar componentes de las industrias de proceso tales como bombas, dep√≥sitos, reactores qu√≠micos y columnas de fraccionamiento en centrales que utilizan agua de mar como refrigerante. Tambi√©n se emplea en las unidades de desulfuraci√≥n de gases que permiten reducir las lorito e hipoclorito, el √°cido n√≠trico, los √°cidos cr√≥micos, los cloruros met√°licos, los sulfuros o los √°cidos org√°nicos.
  • Industria automovil√≠stica: Un sector nuevo se ha incorporado a la fabricaci√≥n de componentes de titanio, donde las empresas automovil√≠sticas est√°n incorporando componentes de titanio en los veh√≠culos que fabrican, con el fin de aligerar el peso de los mismos, as√≠ por ejemplo ya existen muelles y bielas de titanio. Especialmente en el caso de los muelles se mejora el m√≥dulo de Young y una mejor calidad de la suspensi√≥n.
  • Industria militar: El titanio se emplea en la industria militar como material de blindaje, en la carrocer√≠a de veh√≠culos ligeros, en la construcci√≥n de submarinos nucleares y en la fabricaci√≥n de misiles.
Motor de Airbus A-380 con 11 t de titanio
Museo Guggenheim de Bilbao cubierto de l√°minas de titanio
  • Industria aeron√°utica 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 construcci√≥n aeron√°utica b√°sicamente para construir forjados estructurales de los aviones, discos de ventilaci√≥n, √°labes y palas de turbinas.
  • Construcci√≥n naval: La propiedad que tiene el titanio de ser resistente a la corrosi√≥n permite que algunas de sus aleaciones sean muy utilizadas en construcci√≥n naval donde se fabrican h√©lices y ejes de tim√≥n, cascos de c√°maras de presi√≥n submarina, componentes de botes salvavidas y plataformas petrol√≠feras, as√≠ como 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, 30 por ciento m√°s fuertes que los de acero y resisten la corrosi√≥n. Generalmente tienen una capa protectora para hacerlos resistentes a los rayones. Se fabrican las cajas de titanio e incluso las correas de sujeci√≥n.
  • Joyer√≠a: Metal seminoble en el √°mbito de la joyer√≠a y de la bisuter√≠a. As√≠ 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, ca√Īas de pescar, etc.
  • Decoraci√≥n: Tambi√©n se han empleado l√°minas delgadas de titanio para recubrir algunos edificios, como por ejemplo el Museo Guggenheim de Bilbao.

Aplicaciones del titanio no met√°lico

Algunos compuestos de titanio pueden tener aplicaciones en tratamientos contra el c√°ncer. Por ejemplo, el cloruro de titanoceno en el caso de tumores gastrointestinales y de mama.

Tetracloruro de titanio

Artículo principal: Tetracloruro de titanio

El tetracloruro de titanio (TiCl4)es un líquido entre incoloro y amarillo. En contacto con agua forma ácido clorhídrico y compuestos de titanio. El tetracloruro de titanio no se encuentra de forma natural y es producido a partir de minerales que contienen titanio.

Se emplea en la fabricaci√≥n de titanio met√°lico o para obtener bi√≥xido de titanio.[5] El (TiCl4) se obtiene mediante un proceso de cloraci√≥n a 800 ¬įC, en presencia de carbono(C) mediante la reacci√≥n:

{\rm TiO_2 + 2Cl_2 + 2C \rightarrow TiCl_4 + 2CO}

Posteriormente si se desea obtener titanio puro se purifica este producto con magnesio (Mg) o sodio molido (Na) mediante destilación fraccionada en una atmósfera inerte (por ejemplo con argón) con la reacción:

Si se utiliza el Sodio (Na) en el proceso se producen la siguiente reacción:

{\rm TiCl_4 + 4Na \rightarrow 4NaCl + Ti}

Si se utiliza Magnesio (Mg) se producen la siguiente reacción:

{\rm TiCl_4 + 2Mg \rightarrow Ti + 2MgCl_2}

Para manejar este producto hay que tomar precauciones porque entra en el ambiente principalmente en el aire de las instalaciones industriales donde se produce mediante una variedad de procesos químicos, o como resultado de derrames.

Si hay humedad en el aire, el tetracloruro de titanio reacciona rápidamente con ésta para formar ácido clorhídrico y otros compuestos de titanio, tales como el hidróxido de titanio y los oxicloruros de titanio.

Algunos de los compuestos de titanio pueden depositarse en el suelo o el agua. En el agua, estos se depositan en el sedimento del fondo donde pueden permanecer por largo tiempo.

El tetracloruro de titanio se degrada rápidamente en el aire, por lo que no es tóxico a menos que trabaje en una industria que lo manufactura o lo usa. El personal que trabaja en una industria que usa tetracloruro de titanio, podría estar expuesto respirándolo o tocándolo. Si se derrama tetracloruro de titanio, puede haber contacto con la piel.

El tetracloruro de titanio es muy irritante a los ojos, la piel, membranas mucosas y los pulmones. Respirar grandes cantidades puede causar serios da√Īos a los pulmones. El contacto con el l√≠quido puede causar quemaduras a los ojos y la piel.

Dióxido de titanio

Artículo principal: Dióxido de titanio
Dióxido de titanio (TiO2)

El di√≥xido de titanio es un compuesto cuya f√≥rmula es (TiO2).Se encuentra en una forma negra o de color casta√Īo conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentra menos en la naturaleza son la anatasita y la brooquita.Tanto el rutilo como la anatasita puros son de color blanco. El √≥xido b√°sico negro, (FeTiO3), se encuentra en forma natural como el mineral llamado ilmenita. El di√≥xido de titanio es la principal fuente comercial del titanio. Aproximadamente el 95% del titanio que se consume lo hace en forma de di√≥xido de titanio, debido a las m√ļltiples aplicaciones industriales que tiene.

Aplicaciones

  • Los pigmentos de di√≥xido de titanio se utilizan principalmente en la producci√≥n de pinturas y pl√°sticos, as√≠ como en papel, tintas de impresi√≥n, cosm√©ticos, productos textiles, farmace√ļticos y alimentarios. El di√≥xido de titanio es el pigmento m√°s habitualmente utilizado en el mundo, que proporciona a los productos finales una brillante blancura, opacidad y protecci√≥n.
  • En artes gr√°ficas donde se precisan peque√Īos espesores de recubrimientos se utilizan pigmentos de di√≥xido de titanio muy finos.
  • El di√≥xido tambi√©n se ha empleado como agente blanqueador y opacador en esmaltes de porcelana, dando un acabado final de gran brillo, dureza y resistencia al √°cido un pigmento blanco permanente que se emplea en pinturas, papel y pl√°sticos, asimismo tiene una amplia gama de aplicaciones en la industria qu√≠mica en general.[6]

Productores mundiales de titanio

Principales productores de óxido de titanio en 2003

Pa√≠s Miles de toneladas  % del total
Australia 1291 30,6
Sud√°frica 850 20,1
Canad√° 767 18,2
Noruega 382 9,1
Ucrania 357 8,5
Total de los 5 países 3647 86,4
Total mundo 4221 100

Cifras del 2003, en miles de toneladas de dióxido de titanio.

El titanio es el noveno elemento m√°s abundante en la corteza terrestre (supone el 0,63% del peso total). Sin embargo, en la naturaleza siempre se encuentra unido qu√≠micamente a otros elementos, formando minerales en los que la fracci√≥n de titanio suele ser peque√Īa.

De todos los minerales de titanio, solo el rutilo y la ilmenita son explotables econ√≥micamente y esto s√≥lo cuando la concentraci√≥n de titanio es suficientemente alta. Existen dep√≥sitos significativos de titanio en forma de ilmenita en Australia occidental, Canad√°, Nueva Zelanda, Noruega y Ucrania. Se extraen grandes cantidades de rutilo en Norteam√©rica y Sud√°frica. Las reservas conocidas de titanio se estiman en unas 600 millones de toneladas (expresadas como TiO2).

Titanio y toxicidad

Tanto el titanio como en el dióxido de titanio tienen un nivel bajo de toxicidad.

La sobreexposición al polvo de titanio puede ocasionar por inhalación del polvo dolor en el pecho, tos o dificultad para respirar. En contacto con la piel o los ojos puede generar irritación.

Respecto a su cancerogenicidad, la agencia internacional para la investigación del cáncer (IARC) dice que el titanio no es clasificable como elemento cancerígeno para los humanos.[7]

Referencias y bibliografía

Este artículo incorpora material de http://www.lowde.com , que mediante una autorización permitió agregar contenido e imágenes del Manual de Titanio que incorpora en la web y publicarlos bajo licencia GFDL.

Véase también

Enlaces externos


Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • Titanio ‚ÄĒ Scientific classification Kingdom: Animalia Phylum: Arthropoda Class: Insecta ‚Ķ   Wikipedia

  • titanio ‚ÄĒ (Ti) Elemento met√°lico fr√°gil, gris√°ceo. Su n√ļmero at√≥mico es 22; su peso at√≥mico es 47,9. Se utiliza una aleaci√≥n de titanio para la fabricaci√≥n de pr√≥tesis ortop√©dicas. Diccionario Mosby Medicina, Enfermer√≠a y Ciencias de la Salud, Ediciones… ‚Ķ   Diccionario m√©dico

  • tit√Ęnio ‚ÄĒ s. m. [Qu√≠mica] Elemento qu√≠mico met√°lico (s√≠mbolo Ti), de n√ļmero at√īmico 22, de massa at√īmica 47,9, de densidade 4,5, branco, duro, fus√≠vel a 180¬ļC, que pelas suas propriedades se aproxima do sil√≠cio e do estanho ‚Ķ   Dicion√°rio da L√≠ngua Portuguesa

  • titanio ‚ÄĒ s. m. Ti. Elemento qu√≠mico met√°lico gris, de gran dureza y resistencia, que se emplea en la fabricaci√≥n de aceros especiales y en la industria aeron√°utica ‚Ķ   Diccionario Salamanca de la Lengua Espa√Īola

  • titanio ‚ÄĒ (Del lat. Titan). m. Elemento qu√≠mico de n√ļm. at√≥m. 22. Metal abundante en la corteza terrestre, se encuentra en el rutilo en forma de √≥xido, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en cenizas de animales y plantas. De color gris oscuro,… ‚Ķ   Diccionario de la lengua espa√Īola

  • Titanio ‚ÄĒ (Del lat. moderno Titanium.) ‚Ėļ sustantivo masculino QU√ćMICA Metal gris, pulverulento, casi tan pesado como el hierro y f√°cil de combinar con el nitr√≥geno, que arde con centelleo y produce un √°cido s√≥lido con aspecto de tierra blanca. * * *… ‚Ķ   Enciclopedia Universal

  • titanio ‚ÄĒ {{ÔľÉ}}{{LM T37921}}{{„Äď}} {{ÔľĽ}}titanio{{ÔľĹ}} ‚ÄĻti¬∑ta¬∑nio‚Äļ {{„Ää}}‚Ėć s.m.{{„Äč}} Elemento qu√≠mico, met√°lico y s√≥lido, de n√ļmero at√≥mico 22, de color gris y de gran dureza: ‚ÄĘ El titanio se emplea en la fabricaci√≥n de aceros especiales por su gran… ‚Ķ   Diccionario de uso del espa√Īol actual con sin√≥nimos y ant√≥nimos

  • titanio ‚ÄĒ {{hw}}{{titanio}}{{/hw}}s. m. Elemento chimico, il solo capace di bruciare nell azoto, molto resistente alla corrosione e alle sollecitazioni meccaniche, usato per ferroleghe; SIMB. Ti | Bianco di ‚Äďt, biossido di titanio, pigmento di alto potere… ‚Ķ   Enciclopedia di italiano

  • titanio ‚ÄĒ 1ti¬∑t√†¬∑nio s.m. TS chim. elemento chimico metallico, con numero atomico 22, bivalente, trivalente e tetravalente, che si presenta come solido di colore argenteo, si trova in natura sotto forma di minerale, inattaccabile dagli agenti atmosferici,… ‚Ķ   Dizionario italiano

  • titanio ‚ÄĒ titanio1 pl.m. titani titanio1 sing.f. titania titanio1 pl.f. titanie titanio2 pl.m. titani ‚Ķ   Dizionario dei sinonimi e contrari


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