Espuma de titânio
Indústrias de titânio : Oct. 22, 2025A espuma de titânio (também conhecida como titânio poroso) é um material metálico avançado leve e poroso.
É fabricado por meio de metalurgia do pó, sinterização de suporte espacial ou processos de impressão 3D, com porosidade atingindo 40-90% e tamanhos de poros normalmente variando de 100 a 1000 mícrons. Essa estrutura reduz significativamente o peso, mantendo a resistência à corrosão, alta resistência e biocompatibilidade do titânio.
Em comparação com o titânio denso convencional, a espuma de titânio oferece uma área de superfície específica maior e um módulo de elasticidade mais próximo ao do osso humano. Ele não apenas demonstra alta eficiência catalítica em eletrodos eletrolíticos de nova energia, mas também é amplamente aplicado em implantes médicos, troca de calor e resfriamento, filtração e estruturas de absorção de energia.
Como fornecedor profissional de espuma de titânio, fornecemos produtos em diferentes graus, como Gr1, Gr2 e Gr23 (ELI), com porosidade personalizável, tamanho de poros, dimensões e revestimentos de superfície (Pt, Ir, TiN) de acordo com os requisitos do cliente. As especificações de estoque padrão estão disponíveis para entrega rápida, e tanto a amostragem em pequena escala quanto o fornecimento industrial em grande escala são suportados.
Principais vantagens da espuma de titânio
Peso extremamente leve
A espuma de titânio tem uma densidade de apenas 0,5–1,0 g/cm³ (dados da MSE Supplies LLC), em comparação com 4,5 g/cm³ para titânio denso, alcançando uma redução de peso de mais de 70%. Essa característica leve reduz significativamente o peso do sistema, melhorando a potência específica e a eficiência geral em dispositivos aeroespaciais e portáteis.
Área de superfície específica ultra-alta
Com porosidade de 75 a 95% e tamanho de poro aberto de 100 a 1000 μm (dados do Techinstro), a espuma de titânio oferece uma área de superfície muito maior do que o titânio sólido. A superfície reativa expandida permite maior atividade eletroquímica e eficiência de transferência de massa mais rápida, tornando-a ideal para eletrodos eletrolíticos e suportes de catalisadores.
Propriedades mecânicas ajustáveis
Ao ajustar a porosidade, a espuma de titânio pode equilibrar o suporte estrutural e a absorção de energia. Estudos mostram: com 60% de porosidade, a resistência à compressão é de cerca de 80 MPa e o módulo de elasticidade de cerca de 2,7 GPa (dados da ACS Publications); com 78% de porosidade, a resistência à compressão é de cerca de 35 MPa e o módulo de elasticidade de cerca de 5,3 GPa (dados da Northwestern University). Isso demonstra sua capacidade de combinar de forma flexível o desempenho mecânico com diferentes necessidades de aplicação.
Biocompatibilidade e proteção contra estresse reduzida
O módulo de elasticidade da espuma de titânio pode ser ajustado para 0,5 a 5 GPa (dados PMC), próximo à faixa de 7 a 30 GPa do osso humano. Essa semelhança reduz efetivamente a proteção contra estresse, promove o crescimento ósseo e a vascularização, tornando-o um material ideal para implantes médicos.
Excelente resistência à corrosão
Graças ao filme de óxido passivo natural do titânio, a espuma de titânio permanece estável em ambientes de cloreto, água do mar e meios ácidos (dados da Wikipedia). Esta propriedade o torna adequado para uso a longo prazo em condições químicas adversas, eletrolíticas e marinhas.
Condutividade elétrica e térmica superior
A espuma de titânio retém a condutividade elétrica e térmica inerente do titânio. Sua estrutura porosa 3D fornece distribuição de corrente mais uniforme e resistência térmica significativamente reduzida, aumentando a eficiência catalítica do eletrodo e o desempenho de trocadores de calor e radiadores.
Tipos de espuma de titânio disponíveis na Chalco Titanium
Espuma de titânio de célula aberta
Características: Porosidade de até 40–90%, tamanho dos poros de 100–1000 μm, densidade de apenas 0,5–1,0 g/cm³, proporcionando redução significativa de peso.
Aplicações: Comumente usado em dissipadores de calor, suportes de catalisadores, estruturas de absorção de energia e filtros.
Espuma de titânio de célula fechada (tipo de absorção de energia)
Características: Estrutura de bolha fechada com maior tensão de platô, proporcionando isolamento térmico e acústico.
Aplicações: Comumente usado em almofadas de colisão aeroespaciais, vigas de colisão automotivas e materiais de amortecimento acústico.
Espuma de titânio Ti-6Al-4V ELI de grau médico
Características: Módulo de elasticidade de 0,5–5 GPa, próximo ao do osso humano, com excelente biocompatibilidade.
Aplicações: Usado para implantes dentários, dispositivos de fusão intervertebral e implantes de reparo ósseo.
Espuma de titânio treliçada fabricada aditivamente (estruturas personalizadas)
Características: Projetos complexos de treliça e porosidade gradiente obtidos por meio de impressão 3D.
Aplicações: Adequado para trocadores de calor leves, componentes de absorção de energia aeroespacial e implantes personalizados.
Espuma de titânio revestida de platina (grau eletrocatalítico)
Características: Superfície revestida com uma camada de 2–5 μm de Pt, aumentando a atividade eletroquímica e alcançando uma vida útil de mais de 10.000 horas.
Aplicações: Usado principalmente em EPM/eletrólise de água alcalina, eletrocloração e ânodos de galvanoplastia.
Espuma de titânio revestida com irídio (alto grau de resistência à corrosão)
Características: Superfície coberta com aproximadamente 1 μm de camada de Ir, estável e durável em ácidos fortes e ambientes com alto teor de cloreto.
Aplicações: Adequado para eletrólise de água do mar, eletrodos químicos agressivos e células de combustível.
Feltro de fibra de titânio (titânio poroso flexível)
Características: Feito por sinterização de fios finos de titânio, com 70–80% de porosidade; folhas são flexíveis e dobráveis.
Aplicações: Comumente usado em camadas de transporte de eletrolisadores PEM, camadas de difusão de gás e filtragem de alta temperatura.
Especificações e opções de personalização de espuma de titânio
Classes de liga
- Gr1 / Gr2 (titânio puro comercial)
Alta condutividade elétrica e resistência à corrosão, adequado para eletrodos eletroquímicos e dissipadores de calor.
- Gr23 ELI (Ti-6Al-4V ELI)
Alta pureza com baixos elementos intersticiais, excelente biocompatibilidade, adequado para implantes ortopédicos.
- Ligas especiais personalizadas
Elementos de liga como Nb, Ta podem ser adicionados sob demanda, ou graus como Ti-6Al-4V e Ti-13Nb-13Zr podem ser fornecidos.
Faixa de tamanho
| Forma | Especificações padrão | Anotações |
|---|---|---|
| Chapas / chapas | Espessura 0,5–10 mm; padrão 100 × 100 mm, personalizável até 1200 mm de comprimento | ≤ 2 mm de espessura podem ser fornecidos em rolos |
| Blocos | Tamanho mínimo de corte 100 × 100 × 10 mm; bloco único máximo 300 × 300 × 20 mm | Peças superdimensionadas requerem avaliação do molde |
| Rolos | Espessura mínima 0,4 mm; largura do rolo ≤ 300 mm, comprimento do rolo ≤ 1 m | Adequado para processos de revestimento contínuo ou rolo a rolo |
| Treliças impressas em 3D | Peça única máxima 250 × 250 × 250 mm | A viabilidade pode ser avaliada a partir de arquivos CAD |
Porosidade e tamanho dos poros
- Porosidade: Quatro níveis padrão disponíveis: 40%, 60%, 75%, 90%; personalizável em incrementos de 5%.
- Tamanho do poro: Continuamente selecionável de 100 μm a 2 mm; ≥ 500 μm recomendado para dissipação de calor e filtração, ≤ 300 μm recomendado para eletrodos e implantes.
Tratamento de superfície e revestimentos
| Tratamento / Revestimento | Função | Espessura típica |
|---|---|---|
| Revestimento de pintas | Reduz o sobrepotencial de hidrogênio, prolonga a vida útil do eletrodo | 2–5 μm |
| Revestimento Ir | Resistência à corrosão em ambientes com alto teor de ácido/cloreto forte | ≈ 1 μm |
| Revestimento cerâmico TiN / TiO₂ | Aumenta a dureza, a resistência ao desgaste ou melhora a compatibilidade sanguínea | 0,5–2 μm |
| Decapagem ácida + passivação | Remove óxidos superficiais, aumenta a atividade | — |
Aplicações típicas de espuma de titânio
Eletrodos de hidrogênio/oxigênio para eletrólise da água
Características: Os revestimentos de Pt ou Ir em substratos de espuma de titânio reduzem o sobrepotencial e melhoram significativamente a eficiência da eletrólise.
Vantagens: A porosidade aberta garante uma rápida liberação de bolhas; ciclo de vida superior a 10.000 horas; aplicável a eletrolisadores PEM e alcalinos.
Implantes Médicos e Reparo Ósseo
Características: Espuma de titânio Ti-6Al-4V ELI de grau médico com porosidade interconectada e módulo de elasticidade próximo ao osso humano (0,5–5 GPa).
Aplicativos: Implantes dentários, gaiolas de fusão intervertebral, andaimes personalizados para defeitos ósseos; promove o crescimento ósseo e reduz a proteção contra estresse.
Trocadores de calor e dissipadores de calor LED
Características: A alta porosidade (≥75%) e as estruturas multicanal aumentam a transferência de calor convectiva e condutiva.
Vantagens: Reduz o peso em mais de 50%; aplicado em resfriamento de eletrônicos aeroespaciais, baterias EV e módulos de LED de alta potência.
Suportes de filtragem e catalisador
Características: Rede porosa aberta com excelente resistência à corrosão.
Aplicativos: Combustão catalítica de VOC, filtragem de água do mar, tratamento de águas residuais e processos químicos com operação estável a longo prazo.
Absorção de Energia e Amortecimento Acústico
Características: Espuma de titânio de célula fechada ou aberta com tensão de platô 30–50% maior; A estrutura porosa permite proteção dupla.
Aplicativos: Sistemas de colisão aeroespacial e automotiva, isolamento acústico e materiais de amortecimento térmico.
Propriedades mecânicas da espuma de titânio
A espuma de titânio combina as vantagens de leveza, anisotropia e elasticidade semelhante a um osso. Sua baixa densidade proporciona um potencial significativo de redução de peso, e a estrutura tridimensional formada por sinterização não esférica pode exibir certo comportamento anisotrópico. Esses recursos permitem que a espuma de titânio mantenha a resistência mecânica enquanto imita mais de perto o comportamento mecânico do osso humano, reduzindo assim os efeitos de proteção contra tensões, tornando-a especialmente adequada para implantes médicos e aplicações estruturais de absorção de energia.
| Propriedade | Gama | Valor/benefício correspondente |
|---|---|---|
| Módulo de elasticidade | 15,5 – 36 GPa (próximo ao osso humano 7–30 GPa) | Combina efetivamente com a rigidez óssea, reduz a proteção contra tensões |
| Força de rendimento | 147 – 170 MPa (próximo ao osso cortical) | Garante capacidade de carga, adequada para implantes e peças estruturais |
| Resistência à compressão | 0,5 – 1,5 MPa | Fornece absorção de energia e amortecimento, adequado para substratos de filtração/catalisador ou estruturas de carga leve |
Métodos comuns de fabricação de espuma de titânio
Rotas de metalurgia do pó
Este é o método mais comum, normalmente usando a técnica de suporte de espaço. O pó de titânio é misturado com partículas removíveis de suporte de espaço, como NaCl, uréia ou amido de mandioca, compactado e sinterizado. A porosidade é então criada dissolvendo o suporte de espaço.
Vantagens: Porosidade, tamanho dos poros e conectividade são controláveis, adequados para produção em lote de diferentes graus de espuma de titânio.
Aplicações: Amplamente utilizado para eletrodos, suportes de catalisadores e implantes médicos que requerem controle preciso da estrutura dos poros.
Fundição e infiltração
Estruturas porosas são criadas por meio de processos de fundição por congelamento ou por meio de desliga eletroquímica, dissolvendo seletivamente um elemento de uma liga para formar poros.
Vantagens: Pode atingir estruturas de poros anisotrópicos ou alongados com forte interconectividade.
Aplicações: Adequado para componentes de filtragem e transferência de calor que requerem transporte direcional ou arquiteturas de poros especializadas.
Método de expansão de gás
Estruturas porosas são produzidas por expansão de gás em alta temperatura (por exemplo, hidrogênio, nitrogênio) ou expansão superplástica acompanhada por transformação de fase α-β.
Vantagens: Não é necessário suporte de espaço, porosidade relativamente uniforme, processo mais simples.
Aplicações: Usado principalmente para P&D e produção de laboratório em pequenos lotes, bem como para amostras que requerem distribuição uniforme de poros.
FAQ – Perguntas Frequentes
Quais são as vantagens da espuma de titânio sobre a espuma de níquel?
A espuma de titânio oferece maior resistência à corrosão e à temperatura, capaz de operação estável a longo prazo em ácidos fortes, ambientes de cloreto e altas temperaturas (≤ 600 °C). Seu módulo de elasticidade é próximo ao osso humano, tornando-o adequado para implantes médicos. Embora o custo seja um pouco mais alto, ele oferece maiores benefícios gerais na vida útil do eletrodo, resistência estrutural e biocompatibilidade.
Porosidade mais alta é sempre melhor? Como escolher a porosidade e o tamanho dos poros?
Não necessariamente. Maior porosidade aumenta a área de superfície específica e a redução de peso, mas reduz a resistência mecânica.
- 60%: Força e atividade equilibradas, adequadas para substratos de eletrodos.
- 75%: Alta atividade ou adequado para crescimento ósseo em implantes.
- 90%: Área de superfície específica máxima, ideal para suportes de catalisador ou isolamento térmico/acústico.
Recomendações de tamanho de poros: ≤ 300 μm para eletrodos/implantes; ≥ 500 μm para filtração/dissipação de calor.
A espuma de titânio pode ser soldada ou usinada?
Sim. Recomenda-se soldagem a laser ou brasagem a vácuo. A usinagem pode ser feita usando ferramentas de metal duro com cortes rasos, alta velocidade do fuso e resfriamento por ar comprimido. A decapagem ácida pós-usinagem e a passivação são sugeridas para remover tensões residuais e camadas de óxido.
Qual é a vida útil dos revestimentos Pt/Ir?
Sob eletrólise contínua de água a 10 A·cm⁻² e 80 °C, nossa espuma de titânio revestida com Pt passou no teste de 10.000 horas. A espuma revestida com infravermelho mantém uma taxa de corrosão < 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 é a quantidade mínima de pedido (MOQ) e prazo de entrega?
- Amostras grátis: folhas ≤ 100 × 100 mm ou rolos ≤ 100 × 50 mm.
- MOQ: Folhas padrão – 5 peças; rolos – 1 rolo; Treliças 3D – 1 peça.
- Prazo de execução: Em estoque de 7 a 10 dias; personalizado 3-4 semanas; com revestimento +1–2 semanas.
