Espuma de titanio
Industrias del titanio : Oct. 22, 2025La espuma de titanio (también conocida como titanio poroso) es un material metálico avanzado poroso y liviano.
Se fabrica mediante pulvimetalurgia, sinterización de espacios o procesos de impresión 3D, con una porosidad que alcanza el 40-90% y tamaños de poro que suelen oscilar entre 100 y 1000 micras. Esta estructura reduce significativamente el peso al tiempo que conserva la resistencia a la corrosión, la alta resistencia y la biocompatibilidad del titanio.
En comparación con el titanio denso convencional, la espuma de titanio ofrece una mayor superficie específica y un módulo elástico más cercano al del hueso humano. No solo demuestra una alta eficiencia catalítica en electrodos electrolíticos de nueva energía, sino que también se aplica ampliamente en implantes médicos, intercambio de calor y enfriamiento, filtración y estructuras de absorción de energía.
Como proveedor profesional de espuma de titanio, ofrecemos productos en diferentes grados como Gr1, Gr2 y Gr23 (ELI), con porosidad, tamaño de poro, dimensiones y recubrimientos superficiales personalizables (Pt, Ir, TiN) de acuerdo con los requisitos del cliente. Las especificaciones estándar de stock están disponibles para una entrega rápida, y se admiten tanto el muestreo a pequeña escala como el suministro industrial a gran escala.
Principales ventajas de la espuma de titanio
Peso extremadamente ligero
La espuma de titanio tiene una densidad de solo 0,5-1,0 g/cm³ (datos de MSE Supplies LLC), en comparación con los 4,5 g/cm³ del titanio denso, logrando una reducción de peso de más del 70%. Esta característica de ligereza reduce significativamente el peso del sistema, mejorando la potencia específica y la eficiencia general en dispositivos aeroespaciales y portátiles.
Área de superficie específica ultra alta
Con una porosidad del 75-95% y un tamaño de poro abierto de 100-1000 μm (datos de Techinstro), la espuma de titanio ofrece un área de superficie mucho mayor que el titanio sólido. La superficie reactiva expandida permite una mayor actividad electroquímica y una eficiencia de transferencia de masa más rápida, lo que la hace ideal para electrodos electrolíticos y soportes de catalizadores.
Propiedades mecánicas ajustables
Al ajustar la porosidad, la espuma de titanio puede equilibrar el soporte estructural y la absorción de energía. Los estudios muestran: al 60% de porosidad, la resistencia a la compresión es de aproximadamente 80 MPa y el módulo elástico de aproximadamente 2.7 GPa (datos de ACS Publications); al 78% de porosidad, la resistencia a la compresión es de aproximadamente 35 MPa y el módulo elástico de aproximadamente 5.3 GPa (datos de la Universidad Northwestern). Esto demuestra su capacidad para adaptar de manera flexible el rendimiento mecánico a las diferentes necesidades de la aplicación.
Biocompatibilidad y protección contra el estrés reducido
El módulo elástico de la espuma de titanio se puede ajustar a 0,5-5 GPa (datos de PMC), cerca del rango de 7-30 GPa del hueso humano. Esta similitud reduce eficazmente la protección contra el estrés, promueve el crecimiento óseo y la vascularización, lo que lo convierte en un material ideal para implantes médicos.
Excelente resistencia a la corrosión
Gracias a la película de óxido pasivo natural del titanio, la espuma de titanio permanece estable en ambientes de cloruro, agua de mar y medios ácidos (datos de Wikipedia). Esta propiedad lo hace adecuado para uso a largo plazo en condiciones químicas, electrolíticas y marinas adversas.
Conductividad eléctrica y térmica superior
La espuma de titanio conserva la conductividad eléctrica y térmica inherente del titanio. Su estructura porosa 3D proporciona una distribución de corriente más uniforme y una resistencia térmica significativamente reducida, mejorando tanto la eficiencia catalítica del electrodo como el rendimiento de los intercambiadores de calor y radiadores.
Tipos de espuma de titanio disponibles en Chalco Titanium
Espuma de titanio de celda abierta
Características: Porosidad de hasta 40-90%, tamaño de poro 100-1000 μm, densidad de solo 0,5-1,0 g/cm³, lo que proporciona una reducción significativa del peso.
Aplicaciones: Comúnmente utilizado en disipadores de calor, soportes de catalizadores, estructuras de absorción de energía y filtros.
Espuma de titanio de celda cerrada (tipo absorbente de energía)
Características: Estructura de burbuja cerrada con mayor tensión de meseta, proporcionando aislamiento térmico y acústico.
Aplicaciones: Comúnmente utilizado en almohadillas de choque aeroespaciales, vigas de choque automotrices y materiales de amortiguación acústica.
Espuma de titanio TI-6Al-4V ELI de grado médico
Características: Módulo elástico de 0,5-5 GPa, cercano al del hueso humano, con excelente biocompatibilidad.
Aplicaciones: Se utiliza para implantes dentales, dispositivos de fusión intervertebral e implantes de reparación ósea.
Espuma de titanio de celosía fabricada aditivamente (estructuras personalizadas)
Características: Diseños complejos de porosidad de celosía y gradiente logrados mediante impresión 3D.
Aplicaciones: Adecuado para intercambiadores de calor ligeros, componentes aeroespaciales que absorben energía e implantes personalizados.
Espuma de titanio recubierta de platino (grado electrocatalítico)
Características: Superficie recubierta con una capa de Pt de 2 a 5 μm, lo que mejora la actividad electroquímica y logra una vida útil de más de 10,000 horas.
Aplicaciones: Se utiliza principalmente en electrólisis de agua alcalina / PEM, electrocloración y ánodos de galvanoplastia.
Espuma de titanio recubierta de iridio (grado de alta resistencia a la corrosión)
Características: Superficie cubierta con una capa de Ir de aproximadamente 1 μm, estable y duradera en ambientes con alto contenido de ácidos fuertes y cloruros.
Aplicaciones: Adecuado para electrólisis de agua de mar, electrodos químicos agresivos y celdas de combustible.
Fieltro de fibra de titanio (titanio poroso flexible)
Características: Fabricado mediante la sinterización de finos alambres de titanio, con una porosidad del 70-80%; Las láminas son flexibles y flexibles.
Aplicaciones: Comúnmente utilizado en capas de transporte de electrolizadores PEM, capas de difusión de gas y filtración a alta temperatura.
Especificaciones y opciones de personalización de la espuma de titanio
Grados de aleación
- Gr1 / Gr2 (titanio puro comercial)
Alta conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión, adecuado para electrodos electroquímicos y disipadores de calor.
- Gr23 ELI (Ti-6Al-4V ELI)
Alta pureza con bajos elementos intersticiales, excelente biocompatibilidad, adecuado para implantes ortopédicos.
- Aleaciones especiales personalizadas
Se pueden agregar elementos de aleación como Nb, Ta a pedido, o se pueden proporcionar grados como Ti-6Al-4V y Ti-13Nb-13Zr.
Rango de tallas
| Forma | Especificaciones estándar | Notas |
|---|---|---|
| Hojas / placas | Espesor 0,5-10 mm; estándar 100 × 100 mm, personalizable hasta 1200 mm de longitud | ≤ 2 mm de espesor se pueden suministrar en rollos |
| Bloques | Tamaño mínimo de corte 100 × 100 × 10 mm; bloque único máximo 300 × 300 × 20 mm | Las piezas de gran tamaño requieren una evaluación del molde |
| Rollos | Espesor mínimo 0,4 mm; ancho del rollo ≤ 300 mm, longitud del rollo ≤ 1 m | Adecuado para procesos de recubrimiento continuo o rollo a rollo |
| Celosías impresas en 3D | Máximo de una sola pieza 250 × 250 × 250 mm | La viabilidad se puede evaluar a partir de archivos CAD |
Porosidad y tamaño de los poros
- Porosidad: Cuatro niveles estándar disponibles: 40%, 60%, 75%, 90%; personalizable en incrementos del 5%.
- Tamaño de poro: seleccionable continuamente de 100 μm a 2 mm; ≥ 500 μm recomendados para disipación y filtración de calor, ≤ 300 μm recomendados para electrodos e implantes.
Tratamiento de superficies y recubrimientos
| Tratamiento / Recubrimiento | Función | Espesor típico |
|---|---|---|
| Recubrimiento de Pt | Reduce el sobrepotencial de hidrógeno, prolonga la vida útil del electrodo | 2-5 μm |
| Recubrimiento IR | Resistencia a la corrosión en entornos de ácidos fuertes/alto cloruro | ≈ 1 μm |
| Recubrimiento cerámico TiN / TiO₂ | Aumenta la dureza, la resistencia al desgaste o mejora la compatibilidad con la sangre | 0,5-2 μm |
| Decapado ácido + pasivación | Elimina los óxidos superficiales, mejora la actividad | — |
Aplicaciones típicas de la espuma de titanio
Electrodos de hidrógeno/oxígeno para electrólisis de agua
Funciones: Los recubrimientos de Pt o Ir sobre sustratos de espuma de titanio reducen el sobrepotencial y mejoran significativamente la eficiencia de la electrólisis.
Ventajas: La porosidad abierta garantiza una rápida liberación de burbujas; la vida útil del ciclo supera las 10.000 horas; aplicable a electrolizadores PEM y alcalinos.
Implantes médicos y reparación ósea
Funciones: Espuma de titanio TI-6Al-4V ELI de grado médico con porosidad interconectada y módulo elástico cercano al hueso humano (0,5-5 GPa).
Aplicaciones: Implantes dentales, jaulas de fusión intervertebral, andamios personalizados para defectos óseos; Promueve el crecimiento óseo y reduce la protección contra el estrés.
Intercambiadores de calor y disipadores de calor LED
Funciones: La alta porosidad (≥75%) y las estructuras multicanal mejoran la transferencia de calor convectiva y conductiva.
Ventajas: Reduce el peso en más del 50%; aplicado en refrigeración electrónica aeroespacial, paquetes de baterías EV y módulos LED de alta potencia.
Soportes de filtración y catalizador
Funciones: Red porosa abierta con excelente resistencia a la corrosión.
Aplicaciones: Combustión catalítica de COV, filtración de agua de mar, tratamiento de aguas residuales y procesos químicos con funcionamiento estable a largo plazo.
Absorción de energía y amortiguación acústica
Funciones: Espuma de titanio de celda cerrada o abierta con una tensión de meseta entre un 30 y un 50% mayor; La estructura porosa permite una doble protección.
Aplicaciones: Sistemas de choque aeroespaciales y automotrices, aislamiento acústico y materiales de amortiguación térmica.
Propiedades mecánicas de la espuma de titanio
La espuma de titanio combina las ventajas de ligereza, anisotropía y elasticidad similar a la de los huesos. Su baja densidad proporciona un potencial de reducción de peso significativo, y la estructura tridimensional formada a través de la sinterización no esférica del soporte de espacio puede exhibir cierto comportamiento anisotrópico. Estas características permiten que la espuma de titanio mantenga la resistencia mecánica mientras imita más de cerca el comportamiento mecánico del hueso humano, reduciendo así los efectos de protección contra el estrés, lo que la hace especialmente adecuada para implantes médicos y aplicaciones estructurales que absorben energía.
| Propiedad | Gama | Valor / beneficio correspondiente |
|---|---|---|
| Módulo elástico | 15,5 – 36 GPa (cerca del hueso humano 7–30 GPa) | Combina eficazmente la rigidez ósea, reduce la protección contra el estrés |
| Límite elástico | 147 – 170 MPa (cerca del hueso cortical) | Garantiza la capacidad de carga, adecuada para implantes y piezas estructurales |
| Resistencia a la compresión | 0,5 – 1,5 MPa | Proporciona absorción de energía y amortiguación, adecuado para sustratos de filtración/catalizador o estructuras de carga ligera |
Métodos comunes de fabricación de espuma de titanio
Rutas de pulvimetalurgia
Este es el método más común, generalmente utilizando la técnica del soporte de espacio. El polvo de titanio se mezcla con partículas removibles que mantienen el espacio, como NaCl, urea o almidón de yuca, compactado y sinterizado. La porosidad se crea disolviendo el soporte del espacio.
Ventajas: La porosidad, el tamaño de los poros y la conectividad son controlables, adecuados para la producción por lotes de diferentes grados de espuma de titanio.
Aplicaciones: Ampliamente utilizado para electrodos, soportes de catalizadores e implantes médicos que requieren un control preciso de la estructura de los poros.
Fundición e infiltración
Las estructuras porosas se crean mediante procesos de fundición fundida o por congelación, o mediante desaleación electroquímica, disolviendo selectivamente un elemento de una aleación para formar poros.
Ventajas: Puede lograr estructuras de poros anisotrópicos o alargados con una fuerte interconectividad.
Aplicaciones: Adecuado para componentes de filtración y transferencia de calor que requieren transporte direccional o arquitecturas de poros especializadas.
Método de expansión de gas
Las estructuras porosas se producen por expansión de gas a alta temperatura (por ejemplo, hidrógeno, nitrógeno) o expansión superplástica acompañada de transformación de fase α-β.
Ventajas: No se necesita soporte de espacio, porosidad relativamente uniforme, proceso más simple.
Aplicaciones: Se utiliza principalmente para investigación y desarrollo y producción de laboratorio de lotes pequeños, así como para muestras que requieren una distribución uniforme de poros.
FAQ – Preguntas Comunes
¿Qué ventajas tiene la espuma de titanio sobre la espuma de níquel?
La espuma de titanio ofrece una mayor resistencia a la corrosión y a la temperatura, capaz de funcionar de forma estable a largo plazo en entornos de ácidos fuertes, cloruros y altas temperaturas (≤ 600 °C). Su módulo elástico es cercano al hueso humano, lo que lo hace adecuado para implantes médicos. Aunque el costo es ligeramente mayor, proporciona mayores beneficios generales en la vida útil del electrodo, la resistencia estructural y la biocompatibilidad.
¿Una mayor porosidad siempre es mejor? ¿Cómo elegir la porosidad y el tamaño de los poros?
No necesariamente. Una mayor porosidad aumenta el área de superficie específica y la reducción de peso, pero reduce la resistencia mecánica.
- 60%: Fuerza y actividad equilibradas, adecuadas para sustratos de electrodos.
- 75%: Alta actividad o adecuado para el crecimiento óseo en implantes.
- 90%: Superficie específica máxima, ideal para soportes de catalizadores o aislamiento térmico/acústico.
Recomendaciones de tamaño de poro: ≤ 300 μm para electrodos/implantes; ≥ 500 μm para filtración/disipación de calor.
¿Se puede soldar o mecanizar la espuma de titanio?
Sí. Se recomienda la soldadura láser o la soldadura al vacío. El mecanizado se puede realizar con herramientas de carburo con cortes poco profundos, alta velocidad del husillo y enfriamiento por aire comprimido. Se sugiere el decapado ácido y la pasivación posteriores al mecanizado para eliminar las tensiones residuales y las capas de óxido.
¿Cuál es la vida útil de los recubrimientos de Pt/Ir?
Bajo electrólisis continua de agua a 10 A·cm⁻² y 80 °C, nuestra espuma de titanio recubierta de Pt ha superado las pruebas de 10.000 h. La espuma con recubrimiento de infrarrojos mantiene una tasa de corrosión < 0.02 mm/y in 3 M HCl. Actual lifespan depends on current density, temperature, and electrolyte composition; accelerated aging curves can be provided per project.
¿Cuál es la cantidad mínima de pedido (MOQ) y el plazo de entrega?
- Muestras gratuitas: hojas ≤ 100 × 100 mm o rollos ≤ 100 × 50 mm.
- MOQ: Hojas estándar – 5 piezas; rollos: 1 rollo; Celosías 3D – 1 pieza.
- Plazo de ejecución: En stock 7-10 días; personalizado 3-4 semanas; con recubrimiento +1-2 semanas.
