Schiuma di titanio
Industrie del titanio : Oct. 22, 2025La schiuma di titanio (nota anche come titanio poroso) è un materiale metallico avanzato leggero e poroso.
È prodotto attraverso la metallurgia delle polveri, la sinterizzazione degli spazi o i processi di stampa 3D, con una porosità che raggiunge il 40-90% e dimensioni dei pori che variano tipicamente da 100 a 1000 micron. Questa struttura riduce significativamente il peso pur mantenendo la resistenza alla corrosione, l'elevata resistenza e la biocompatibilità del titanio.
Rispetto al titanio denso convenzionale, la schiuma di titanio offre una superficie specifica più ampia e un modulo elastico più vicino a quello dell'osso umano. Non solo dimostra un'elevata efficienza catalitica negli elettrodi elettrolitici di nuova energia, ma è anche ampiamente applicato negli impianti medici, nello scambio di calore e nelle strutture di raffreddamento, filtrazione e assorbimento di energia.
In qualità di fornitore professionale di schiuma di titanio, forniamo prodotti in diversi gradi come Gr1, Gr2 e Gr23 (ELI), con porosità, dimensione dei pori, dimensioni e rivestimenti superficiali personalizzabili (Pt, Ir, TiN) in base alle esigenze del cliente. Sono disponibili specifiche standard per una consegna rapida e sono supportati sia il campionamento su piccola scala che la fornitura industriale su larga scala.
Vantaggi principali della schiuma di titanio
Estrema leggerezza
La schiuma di titanio ha una densità di soli 0,5-1,0 g/cm³ (dati MSE Supplies LLC), rispetto ai 4,5 g/cm³ del titanio denso, ottenendo una riduzione del peso di oltre il 70%. Questa caratteristica di leggerezza riduce significativamente il peso del sistema, migliorando la potenza specifica e l'efficienza complessiva nei dispositivi aerospaziali e portatili.
Superficie specifica ultra elevata
Con una porosità del 75-95% e una dimensione dei pori aperti di 100-1000 μm (dati Techinstro), la schiuma di titanio offre una superficie molto più ampia rispetto al titanio solido. La superficie reattiva espansa consente una maggiore attività elettrochimica e una più rapida efficienza di trasferimento di massa, rendendola ideale per elettrodi elettrolitici e supporti catalizzatori.
Proprietà meccaniche regolabili
Regolando la porosità, la schiuma di titanio può bilanciare il supporto strutturale e l'assorbimento di energia. Gli studi dimostrano: al 60% di porosità, la resistenza alla compressione è di circa 80 MPa e il modulo elastico di circa 2,7 GPa (dati ACS Publications); al 78% di porosità, la resistenza alla compressione è di circa 35 MPa e il modulo elastico di circa 5,3 GPa (dati della Northwestern University). Ciò dimostra la sua capacità di adattare in modo flessibile le prestazioni meccaniche alle diverse esigenze applicative.
Biocompatibilità e riduzione della protezione dalle sollecitazioni
Il modulo elastico della schiuma di titanio può essere regolato a 0,5-5 GPa (dati PMC), vicino all'intervallo di 7-30 GPa dell'osso umano. Questa somiglianza riduce efficacemente la schermatura dallo stress, favorisce la crescita ossea e la vascolarizzazione, rendendolo un materiale ideale per gli impianti medici.
Eccellente resistenza alla corrosione
Grazie al film di ossido passivo naturale del titanio, la schiuma di titanio rimane stabile in ambienti clorurati, acqua di mare e mezzi acidi (dati di Wikipedia). Questa proprietà lo rende adatto per l'uso a lungo termine in condizioni chimiche, elettrolitiche e marine difficili.
Conduttività elettrica e termica superiore
La schiuma di titanio mantiene la conduttività elettrica e termica intrinseca del titanio. La sua struttura porosa 3D fornisce una distribuzione più uniforme della corrente e una resistenza termica significativamente ridotta, migliorando sia l'efficienza catalitica degli elettrodi che le prestazioni di scambiatori di calore e radiatori.
Tipi di schiuma di titanio disponibili da Chalco Titanium
Schiuma di titanio a celle aperte
Caratteristiche: porosità fino al 40-90%, dimensione dei pori 100-1000 μm, densità solo 0,5-1,0 g/cm³, con una significativa riduzione del peso.
Applicazioni: Comunemente usato in dissipatori di calore, supporti per catalizzatori, strutture ad assorbimento di energia e filtri.
Schiuma di titanio a cellule chiuse (tipo ad assorbimento di energia)
Caratteristiche: Struttura a bolle chiuse con maggiore sollecitazione del plateau, che fornisce isolamento termico e acustico.
Applicazioni: Comunemente usato in crash pad aerospaziali, travi di crash automobilistiche e materiali di smorzamento acustico.
Schiuma di titanio Ti-6Al-4V ELI di grado medico
Caratteristiche: Modulo elastico di 0,5-5 GPa, simile a quello dell'osso umano, con eccellente biocompatibilità.
Applicazioni: Utilizzato per impianti dentali, dispositivi di fusione intervertebrale e impianti di riparazione ossea.
Schiuma di titanio reticolare prodotta in additivo (strutture personalizzate)
Caratteristiche: Progetti complessi di porosità reticolare e gradiente ottenuti tramite stampa 3D.
Applicazioni: Adatto per scambiatori di calore leggeri, componenti aerospaziali ad assorbimento di energia e impianti personalizzati.
Schiuma di titanio rivestita di platino (grado elettrocatalitico)
Caratteristiche: Superficie rivestita con uno strato di Pt da 2-5 μm, che migliora l'attività elettrochimica e raggiunge una durata di oltre 10.000 ore.
Applicazioni: Utilizzato principalmente nell'elettrolisi dell'acqua alcalina/PEM, nell'elettroclorazione e negli anodi galvanici.
Schiuma di titanio rivestita di iridio (grado di alta resistenza alla corrosione)
Caratteristiche: Superficie ricoperta da uno strato di Ir di circa 1 μm, stabile e durevole in ambienti con acidi forti e ad alto contenuto di cloruri.
Applicazioni: Adatto per l'elettrolisi dell'acqua di mare, elettrodi chimici aggressivi e celle a combustibile.
Feltro in fibra di titanio (titanio poroso flessibile)
Caratteristiche: Realizzato sinterizzando sottili fili di titanio, con porosità del 70-80%; Le lastre sono flessibili e pieghevoli.
Applicazioni: Comunemente usato negli strati di trasporto dell'elettrolizzatore PEM, negli strati di diffusione del gas e nella filtrazione ad alta temperatura.
Specifiche e opzioni di personalizzazione della schiuma di titanio
Gradi di lega
- Gr1 / Gr2 (titanio puro commerciale)
Elevata conducibilità elettrica e resistenza alla corrosione, adatto per elettrodi elettrochimici e dissipatori di calore.
- Gr23 ELI (Ti-6Al-4V ELI)
Elevata purezza con bassi elementi interstiziali, ottima biocompatibilità, adatto per impianti ortopedici.
- Leghe speciali su misura
Su richiesta possono essere aggiunti elementi di lega come Nb, Ta o possono essere forniti gradi come Ti-6Al-4V e Ti-13Nb-13Zr.
Gamma di dimensioni
| Modulo | Specifiche standard | Note |
|---|---|---|
| Fogli / lastre | Spessore 0,5–10 mm; standard 100 × 100 mm, personalizzabile fino a 1200 mm di lunghezza | ≤ spessore di 2 mm può essere fornito in rotoli |
| Blocchi | Dimensione minima di taglio 100 × 100 × 10 mm; blocco singolo massimo 300 × 300 × 20 mm | I pezzi di grandi dimensioni richiedono la valutazione dello stampo |
| Rotoli | Spessore minimo 0,4 mm; larghezza del rotolo ≤ 300 mm, lunghezza del rotolo ≤ 1 m | Adatto per processi di rivestimento continuo o roll-to-roll |
| Reticoli stampati in 3D | Massimo singolo pezzo 250 × 250 × 250 mm | La fattibilità può essere valutata da file CAD |
Porosità e dimensione dei pori
- Porosità: Quattro livelli standard disponibili: 40%, 60%, 75%, 90%; Personalizzabile con incrementi del 5%.
- Dimensione dei pori: Selezionabile in continuo da 100 μm a 2 mm; ≥ 500 μm consigliati per la dissipazione del calore e la filtrazione ≤ 300 μm consigliati per elettrodi e impianti.
Trattamento superficiale e rivestimenti
| Trattamento / Rivestimento | Funzione | Spessore tipico |
|---|---|---|
| Rivestimento in Pt | Riduce il sovrapotenziale di idrogeno, prolunga la durata dell'elettrodo | 2-5 μm |
| Rivestimento ir | Resistenza alla corrosione in ambienti fortemente acidi/ad alto contenuto di cloruri | ≈ 1 μm |
| Rivestimento ceramico TiN / TiO₂ | Aumenta la durezza, la resistenza all'usura o migliora la compatibilità del sangue | 0,5–2 μm |
| Decapaggio acido + passivazione | Rimuove gli ossidi superficiali, migliora l'attività | — |
Applicazioni tipiche della schiuma di titanio
Elettrodi di idrogeno/ossigeno per elettrolisi dell'acqua
Tratti somatici: I rivestimenti Pt o Ir su substrati in schiuma di titanio riducono il sovrapotenziale e migliorano significativamente l'efficienza dell'elettrolisi.
Vantaggi: La porosità aperta garantisce un rapido rilascio delle bolle; la durata del ciclo supera le 10.000 ore; applicabile a PEM ed elettrolizzatori alcalini.
Impianti medici e riparazione ossea
Tratti somatici: Schiuma di titanio Ti-6Al-4V ELI di grado medico con porosità interconnessa e modulo elastico vicino all'osso umano (0,5-5 GPa).
Applicazioni: Impianti dentali, gabbie per fusioni intervertebrali, scaffold personalizzati per difetti ossei; Favorisce la crescita ossea e riduce la protezione dallo stress.
Scambiatori di calore e dissipatori di calore a LED
Tratti somatici: L'elevata porosità (≥75%) e le strutture multicanale migliorano il trasferimento di calore convettivo e conduttivo.
Vantaggi: Riduce il peso di oltre il 50%; applicato nel raffreddamento dell'elettronica aerospaziale, nei pacchi batteria per veicoli elettrici e nei moduli LED ad alta potenza.
Supporti per filtrazione e catalizzatori
Tratti somatici: Rete porosa aperta con eccellente resistenza alla corrosione.
Applicazioni: Combustione catalitica VOC, filtrazione dell'acqua di mare, trattamento delle acque reflue e processi chimici con funzionamento stabile a lungo termine.
Assorbimento di energia e smorzamento acustico
Tratti somatici: Schiuma di titanio a celle chiuse o aperte con stress di plateau superiore del 30-50%; La struttura porosa consente una doppia protezione.
Applicazioni: Sistemi di crash per il settore aerospaziale e automobilistico, isolamento acustico e materiali per lo smorzamento termico.
Proprietà meccaniche della schiuma di titanio
La schiuma di titanio combina i vantaggi della leggerezza, dell'anisotropia e dell'elasticità simile all'osso. La sua bassa densità offre un significativo potenziale di riduzione del peso e la struttura tridimensionale formata tramite sinterizzazione non sferica può mostrare un certo comportamento anisotropo. Queste caratteristiche consentono alla schiuma di titanio di mantenere la resistenza meccanica imitando più da vicino il comportamento meccanico dell'osso umano, riducendo così gli effetti della schermatura dallo stress, rendendola particolarmente adatta per impianti medici e applicazioni strutturali ad assorbimento di energia.
| Proprietà | Gamma | Valore/beneficio corrispondente |
|---|---|---|
| Modulo elastico | 15,5 – 36 GPa (vicino all'osso umano 7–30 GPa) | Abbina efficacemente la rigidità ossea, riduce la protezione dallo stress |
| Snervamento | 147 – 170 MPa (vicino all'osso corticale) | Garantisce capacità portante, adatto per impianti e parti strutturali |
| Resistenza alla compressione | 0,5 – 1,5 MPa | Fornisce assorbimento di energia e ammortizzazione, adatto per substrati di filtrazione/catalizzatore o strutture a carico leggero |
Metodi di produzione comuni della schiuma di titanio
Rotte della metallurgia delle polveri
Questo è il metodo più comune, in genere utilizza la tecnica del portaspazio. La polvere di titanio viene miscelata con particelle portaspazio rimovibili come NaCl, urea o amido di manioca, compattata e sinterizzata. La porosità viene quindi creata sciogliendo il portaspazio.
Vantaggi: la porosità, la dimensione dei pori e la connettività sono controllabili, adatte per la produzione in lotti di diversi gradi di schiuma di titanio.
Applicazioni: Ampiamente utilizzato per elettrodi, supporti per catalizzatori e impianti medici che richiedono un controllo preciso della struttura dei pori.
Colata e infiltrazione
Le strutture porose vengono create tramite processi di fusione o liofilizzazione o attraverso la delega elettrochimica, dissolvendo selettivamente un elemento da una lega per formare pori.
Vantaggi: Può ottenere strutture porose anisotrope o allungate con una forte interconnettività.
Applicazioni: Adatto per componenti di filtrazione e trasferimento di calore che richiedono un trasporto direzionale o architetture di pori specializzate.
Metodo di espansione del gas
Le strutture porose sono prodotte dall'espansione del gas ad alta temperatura (ad esempio, idrogeno, azoto) o dall'espansione superplastica accompagnata da trasformazione di fase α-β.
Vantaggi: non è necessario alcun supporto di spazio, porosità relativamente uniforme, processo più semplice.
Applicazioni: Utilizzato principalmente per la ricerca e lo sviluppo e la produzione di laboratori in piccoli lotti, nonché per campioni che richiedono una distribuzione uniforme dei pori.
FAQ – Domande comuni
Quali vantaggi ha la schiuma di titanio rispetto alla schiuma di nichel?
La schiuma di titanio offre una maggiore resistenza alla corrosione e alla temperatura, in grado di funzionare stabilmente a lungo termine in ambienti con acidi forti, cloruri e alte temperature (≤ 600 °C). Il suo modulo elastico è vicino all'osso umano, il che lo rende adatto per impianti medici. Sebbene il costo sia leggermente più elevato, offre maggiori vantaggi complessivi in termini di durata dell'elettrodo, resistenza strutturale e biocompatibilità.
Una porosità più alta è sempre migliore? Come scegliere la porosità e la dimensione dei pori?
Non necessariamente. Una porosità più elevata aumenta la superficie specifica e la riduzione del peso, ma riduce la resistenza meccanica.
- 60%: Forza e attività bilanciate, adatto per substrati di elettrodi.
- 75%: Alta attività o adatto per la crescita ossea negli impianti.
- 90%: Massima superficie specifica, ideale per supporti catalizzatori o isolamenti termici/acustici.
Raccomandazioni sulla dimensione dei pori: ≤ 300 μm per elettrodi/impianti; ≥ 500 μm per filtrazione/dissipazione del calore.
La schiuma di titanio può essere saldata o lavorata?
Sì. Si consiglia la saldatura laser o la brasatura sottovuoto. La lavorazione può essere eseguita utilizzando utensili in metallo duro con tagli poco profondi, elevata velocità del mandrino e raffreddamento ad aria compressa. Il decapaggio acido post-lavorazione e la passivazione sono consigliati per rimuovere le tensioni residue e gli strati di ossido.
Qual è la durata dei rivestimenti Pt/Ir?
Sotto elettrolisi continua dell'acqua a 10 A·cm⁻² e 80 °C, la nostra schiuma di titanio rivestita in Pt ha superato 10.000 ore di test. La schiuma rivestita in ir mantiene un tasso di corrosione < 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.
Qual è la quantità minima d'ordine (MOQ) e il tempo di consegna?
- Campioni gratuiti: fogli ≤ 100 × 100 mm o rotoli ≤ 100 × 50 mm.
- MOQ: Fogli standard - 5 pezzi; rotoli – 1 rotolo; Reticoli 3D – 1 pezzo.
- Tempi di consegna: In magazzino 7-10 giorni; personalizzato 3-4 settimane; con rivestimento +1-2 settimane.
