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Qué es el Titanio

Desde la Biblioteca de Materiales vamos a explicarte qué es el titanio. Este metal es imprescindible en muchos procesos industriales. Combina resistencia y baja densidad con una dureza excepcional.

Sin duda, hoy exploraremos sus propiedades físicas y químicas, su origen, sus aleaciones más comunes y sus múltiples aplicaciones.

Definición de titanio

El titanio es un metal de transición ampliamente utilizado en diversas industrias debido a su combinación única de resistencia, ligereza y resistencia a la corrosión. Su uso abarca desde la aeronáutica hasta el campo médico y las herramientas de bricolaje.

Asimismo, el titanio es un elemento químico en la tabla periódico con símbolo TI. Pertenece al grupo 4 con número atómico 22.

Propiedades físicas y químicas del titanio

Ciertamente, estamos ante un metal con propiedades notables que lo hacen altamente valioso en aplicaciones industriales y científicas.

Densidad y ligereza. Su densidad es de aproximadamente 4.5 g/cm³, lo que lo hace casi un 40% más ligero que el acero, pero con una resistencia similar.
Alta resistencia mecánica. Es extremadamente fuerte y puede soportar altas tensiones sin deformarse ni romperse. Su dureza se sitúa en el 6 de la escala de Mohs y es el metal con mayor proporción dureza-densidad.
Resistencia a la corrosión. No se oxida fácilmente, ni siquiera en contacto con agua de mar. La razón es que el material forma una capa de óxido de titanio en su superficie que lo protege de los agentes externos.
Ese proceso se conoce como pasivación. Por todo ello es ideal en ambientes marinos y químicos agresivos.

Resistencia a la fatiga. Soporta muy bien las fuerzas de desgaste y de tracción sin deformarse. Es unas 4 veces más resistente que el acero inoxidable en aplicaciones similares.
Punto de fusión alto. Se funde a 1,668 °C, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en condiciones extremas de temperatura. Soporta temperaturas extremas.
Baja conductividad térmica y eléctrica. En comparación con otros metales, no es un buen conductor del calor o la electricidad.
Biocompatibilidad. No es tóxico y no provoca reacciones adversas en el cuerpo humano, lo que lo hace ideal para implantes médicos, prótesis o instrumental quirúrgico.
Colo gris. El material presenta un color gris plateado.
Paramagnético. Se trata de un metal que no se imanta y funciona muy bien como refractario.
Moldeable. El titanio es un material que se puede fundir y por tanto moldear para conseguir piezas con formas determinadas.

Origen y descubrimiento

El titanio fue descubierto en 1791 por el clérigo y mineralogista inglés William Gregor, quien lo halló en un mineral llamado ilmenita. Posteriormente, en 1795, el químico alemán Martin Heinrich Klaproth identificó el mismo elemento en el rutilo. Decidió bautizarlo como "titanio" en honor a los titanes de la mitología griega.

Ciertamente, se trata de un material abundante en la corteza terrestre y en rocas ígneas. Sin embargo, el titanio no se encuentra en estado puro, sino en forma de óxidos combinados en minerales como el rutilo y la ilmenita. Su extracción y refinado es un proceso complejo y costoso debido a su alta reactividad con el oxígeno y otros elementos.

Procesamiento del titanio. Método Kroll

El titanio se extrae principalmente a partir de la ilmenita y el rutilo mediante el proceso Kroll. Este método implica varios pasos:

Conversión a tetracloruro de titanio (TiCl₄): Se calienta el mineral con cloro y carbono a altas temperaturas para formar TiCl₄.
Reducción con magnesio o sodio: Se reduce el TiCl₄ con magnesio en un ambiente sin oxígeno para obtener titanio en forma de esponja.
Refinamiento y fusión: La esponja de titanio se funde en hornos especiales y se moldea en lingotes para su posterior procesamiento en diferentes productos.

Está claro que se trata de un metal con unos costos de producción considerables que elevan el precio. A pesar de ellos, sus beneficios en términos de resistencia y longevidad son importantes. Por esa razón, el titanio es una elección clave en sectores donde la calidad y el rendimiento son primordiales.

Aleaciones de titanio

Desde luego, el titanio se usa frecuentemente en forma de aleaciones para mejorar sus propiedades. Algunas de las más comunes son las siguientes.

Titanio grado 5 (Ti-6Al-4V). Es la aleación más utilizada y contiene aluminio y vanadio o níquel. Se emplea en aeronáutica, prótesis médicas y automoción.
Titanio grado 2. Es menos resistente pero más maleable, ideal para tuberías y aplicaciones en industrias químicas.
Titanio beta. Contiene molibdeno, hierro y otros elementos, lo que le otorga una mayor flexibilidad y resistencia a la fatiga.

Usos y aplicaciones del titanio

Queda claro que la versatilidad del titanio lo ha convertido en un material polivalente. Se utiliza en muchos sectores con resultados óptimos.

Aeronáutica y aeroespacial: Se utiliza en estructuras de aviones y naves espaciales debido a su resistencia y ligereza.

Industria médica: Se emplea en implantes óseos, prótesis e implantes dentales y marcapasos debido a su biocompatibilidad.
Industria química: Se usa en tanques y tuberías que deben resistir ambientes altamente corrosivos.
Deportes y automoción: Se encuentra en bicicletas de alto rendimiento, coches de competición y equipamiento deportivo como raquetas de tenis. También es habitual en los intercambiadores de calor de las piscinas.
Relojería y joyería: Su acabado atractivo y ser resistente a la corrosión lo hacen popular en relojes y accesorios de lujo.

Uso en herramientas y bricolaje

El titanio también ha ganado protagonismo en herramientas de bricolaje debido a su resistencia y durabilidad. Destacamos sus usos más importantes.

Brocas y hojas de sierra. Las brocas recubiertas de titanio (como las de nitruro de titanio) duran más y perforan materiales duros con mayor facilidad.
Destornilladores y herramientas manuales. Su ligereza reduce la fatiga en el uso prolongado, sin comprometer la resistencia.
Cuchillos y navajas. El titanio es utilizado en hojas de corte debido a su resistencia al desgaste y la corrosión.
Recubrimientos de herramientas. Muchas herramientas de acero reciben un recubrimiento de titanio para aumentar su vida útil y mejorar su rendimiento.