¿A qué le “teme” la aleación de titanio?

La aleación de titanio es una aleación a base de titanio con otros elementos añadidos. La aleación de titanio tiene las características de baja densidad, alta resistencia específica, buena resistencia a la corrosión y buen rendimiento del proceso. Es un material estructural ideal para la ingeniería aeroespacial. Muchos países del mundo han reconocido la importancia de los materiales de aleación de titanio y han llevado a cabo sucesivamente investigaciones y desarrollos sobre ellos y han obtenido aplicaciones prácticas.

Historia del desarrollo de las aleaciones de titanio

① La primera aleación de titanio práctica fue la aleación Ti-6Al-4V desarrollada con éxito por los Estados Unidos en 1954. Debido a su buena resistencia al calor, fuerza, plasticidad, tenacidad, conformabilidad, soldabilidad, resistencia a la corrosión y biocompatibilidad, se ha convertido en la aleación líder en la industria de las aleaciones de titanio. El uso de esta aleación ha representado entre el 75% y el 85% de todas las aleaciones de titanio. Muchas otras aleaciones de titanio pueden considerarse modificaciones de la aleación Ti-6Al-4V.

② En los años 1950 y 1960, se desarrollaron principalmente aleaciones de titanio de alta temperatura para motores de aeronaves y aleaciones de titanio estructural para fuselajes. En la década de 1970, se desarrolló un lote de aleaciones de titanio resistentes a la corrosión. Desde la década de 1980, se han desarrollado aún más aleaciones de titanio resistentes a la corrosión y aleaciones de titanio de alta resistencia. La temperatura de funcionamiento de las aleaciones de titanio resistentes al calor ha aumentado de 400 ℃ en la década de 1950 a 600-650 ℃ en la década de 1990. La aparición de aleaciones basadas en A2 (Ti3Al) y r (TiAl) ha impulsado el uso de titanio en el motor desde el extremo frío (ventilador y compresor) del motor hasta el extremo caliente (turbina) del motor. Las aleaciones de titanio estructural se están desarrollando hacia alta resistencia, alta plasticidad, alta resistencia y alta tenacidad, alto módulo y alta tolerancia al daño.

③ Además, desde la década de 1970, también han aparecido aleaciones con memoria de forma como Ti-Ni, Ti-Ni-Fe y Ti-Ni-Nb, que se utilizan cada vez más en ingeniería.

Hay cientos de aleaciones de titanio desarrolladas en el mundo, y hay de 20 a 30 aleaciones más famosas, como Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-2Al-2.5Zr, Ti-32Mo, Ti-Mo-Ni, Ti-Pd, SP-700, Ti-6242, Ti-10-5-3, Ti-1023, BT9, BT20, IMI829, IMI834, etc.

Formas de corrosión de las aleaciones de titanio

Es bien sabido que el titanio tiene características de resistencia a la corrosión, pero en entornos de producción reales, las aleaciones de titanio sufrirán diferentes tipos de corrosión. Echemos un vistazo a lo que más teme la aleación de titanio indestructible:

1. Corrosión por grietas

En los huecos o defectos de los componentes metálicos se produce corrosión local debido al estancamiento de los electrolitos que forman las celdas electroquímicas[i]. En soluciones neutras y ácidas, la probabilidad de corrosión por contacto en los huecos de las aleaciones de titanio es mucho mayor que en soluciones alcalinas. La corrosión por contacto no se produce en toda la superficie del hueco, sino que acaba provocando daños por perforación local.

2. Fenómeno de picaduras

En la mayoría de las soluciones salinas, el titanio no sufre corrosión por picaduras. Se produce principalmente en soluciones no acuosas y en soluciones de cloruro en ebullición a alta concentración. Los iones halógenos de la solución corroen la película de pasivación de la superficie del titanio[ii] y se difunden en el titanio para provocar corrosión por picaduras. La abertura de picaduras es menor que su profundidad, y algunos medios orgánicos también producen picaduras con aleaciones de titanio en soluciones halógenas. La corrosión por picaduras de las aleaciones de titanio en soluciones halógenas suele producirse en entornos de alta concentración y alta temperatura. Además, la corrosión por picaduras en sulfuros y cloruros requiere condiciones específicas y es limitada.

3. Fragilización por hidrógeno

La fragilización por hidrógeno, también conocida como agrietamiento inducido por hidrógeno o daño por hidrógeno, es una de las causas de daño y falla prematura de las aleaciones de titanio. La película de pasivación en la superficie del titanio y sus aleaciones tiene una alta resistencia. La sensibilidad a la fragilización por hidrógeno aumenta con el aumento de la resistencia, por lo que la sensibilidad a la fragilización por hidrógeno de la película de pasivación es muy alta.

4. Corrosión por contacto

La película de óxido pasivo en la superficie promueve el desplazamiento del potencial de titanio a potencial positivo, lo que mejora la resistencia a la corrosión de los materiales de titanio en medios ácidos y acuosos. Debido al alto potencial en la superficie de la aleación de titanio, es probable que provoque que otros metales en contacto con ella formen un circuito electroquímico y provoquen corrosión por contacto.

Las aleaciones de titanio son propensas a la corrosión por contacto en los dos tipos de medios siguientes: el primer tipo es agua del grifo, solución salina, agua de mar, atmósfera, HNO3, ácido acético, etc. El potencial de electrodo estable de Cd, Zn y Al en esta solución es más negativo que el de Ti, y la tasa de corrosión anódica aumenta de 6 a 60 veces; el segundo tipo es H2SO4, HCl, etc. El titanio puede estar en un estado pasivado o en un estado activado en estas soluciones. El primer tipo de corrosión en solución es común en el proceso de corrosión por contacto real. El anodizado se utiliza normalmente para formar una capa modificada en la superficie del sustrato para evitar la corrosión por contacto.

La principal limitación del titanio y las aleaciones de titanio es su escasa reactividad química con otros materiales a altas temperaturas. Esta propiedad obliga a las aleaciones de titanio a ser diferentes de las tecnologías tradicionales generales de refinado, fusión y colada, e incluso a menudo provoca daños en el molde, lo que encarece mucho el precio de las aleaciones de titanio. Por ello, al principio se utilizaba principalmente en campos industriales de alta tecnología, como estructuras aeronáuticas, aeronáuticas e industrias petroleras y químicas.

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