El titanio y las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en las industrias aeroespacial, petroquímica y médica debido a su naturaleza no-tóxica, propiedades livianas, alta relación de resistencia-a-peso y excelente biocompatibilidad. Sin embargo, las limitaciones en la dureza, la escasa resistencia al desgaste y el rendimiento inadecuado de la oxidación a alta-temperatura obstaculizan el avance de las aleaciones de titanio. Para superar estos inconvenientes, el tratamiento térmico químico, también conocido como modificación química, ha surgido como un medio eficaz de mejora.
El tratamiento térmico químico implica alterar la composición química de la superficie y la microestructura de los componentes metálicos mediante reacciones químicas, a veces combinadas con métodos físicos, para lograr un rendimiento mejorado en comparación con materiales homogéneos. Los métodos comunes de tratamiento térmico químico para el titanio y sus aleaciones incluyen la difusión de nitrógeno, la difusión de carbono, la difusión de boro y la difusión de metales.
Los tratamientos de difusión de nitrógeno crean nitruros de alta-dureza (como TiN y Ti2N) en la superficie de las aleaciones de titanio, lo que proporciona una excelente resistencia a la corrosión y propiedades de desgaste. Varias técnicas de difusión de nitrógeno incluyen nitruración en baño de sal, nitruración de gas, nitruración por implantación de iones, nitruración de iones de doble brillo, nitruración por láser de superficie y nitruración al vacío. Los tratamientos de difusión de carbono dan como resultado carburos en la superficie, lo que mejora la dureza y la resistencia al desgaste.
Los tratamientos de difusión de boro forman boruros en la superficie de la aleación de titanio, aumentando aún más la dureza y la resistencia a la corrosión, adecuados para aplicaciones que requieren alta dureza y resistencia al desgaste. Los compuestos como TiB y TiB2 se forman mediante técnicas de difusión de boro, que abarcan métodos sólidos, líquidos y gaseosos.
La difusión de metal implica impregnar otros elementos metálicos sobre la superficie de la aleación de titanio para crear materiales compuestos, mejorando así el rendimiento. La selección de elementos metálicos pre-difundidos debe presentar una buena solubilidad con aleaciones de titanio. Los factores que influyen en la solubilidad de los metales incluyen el tamaño atómico, la afinidad química, la estructura cristalina y la valencia atómica relativa.
En conclusión, los diversos métodos de tratamiento térmico químico para aleaciones de titanio ofrecen ventajas únicas, y la elección de la técnica debe alinearse con requisitos específicos. Actualmente, prevalecen las tecnologías de difusión de nitrógeno y carbono. A medida que las tecnologías de titanio y aleaciones de titanio continúan evolucionando, los tratamientos de superficie tienen un potencial significativo para mejorar el rendimiento del producto.
