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Con el número atómico 22, el titanio es un elemento químico perteneciente al grupo 4 de la tabla periódica. Su símbolo es Ti y su peso atómico es de 48 u. Este metal de transición está presente en varios minerales, pero se encuentra principalmente en grandes cantidades en el rutilo y la anatasa. El titanio llamado “puro” designa un metal de tono blanco que se distingue por su peso ligero y su excelente resistencia. Posee propiedades físicas interesantes, en particular su resistencia a la erosión, a la corrosión y al fuego, así como su biocompatibilidad. Además, gracias a sus propiedades mecánicas, entre ellas su capacidad para deformarse sin romperse, es solicitado para fabricar piezas finas como las prótesis ortopédicas. Sus aplicaciones son múltiples, especialmente en la aeronáutica, la biomedicina y el sector industrial.
En 1791, el reverendo William Gregor había analizado arena proveniente del río Helford, en el valle de Menachan, en la región de Cornualles, en el Reino Unido. Este mineralogista y pastor británico había procedido al aislamiento de la arena negra, comúnmente llamada “ilmenita”. Había realizado numerosas operaciones físico-químicas. Extrajo hierro mediante un proceso magnético y trató el residuo con ácido clorhídrico. El reverendo Gregor logró producir un óxido impuro de un metal desconocido. Lo llamó “óxido menachanita”. Este metal desconocido era titanio, pero este mineralogista aún lo ignoraba.
El profesor de química analítica alemán, Martin Heinrich Klaproth, había identificado el mismo metal en 1795. Había analizado las propiedades del “schörlite rojo”, conocido hoy como “rutilo”. Fue en ese momento cuando supo que este mineral contenía un metal desconocido similar al que el reverendo Gregor había descubierto cuatro años antes. El profesor Klaproth lo bautizó “Titanio”, un nombre inspirado en los “Titanes” de la mitología griega. Sin embargo, aún no conocía todas las propiedades físico-químicas de este elemento. En 1825, Berzelius aisló este metal.
La producción del titanio puro al 99% sólo fue posible aproximadamente un siglo después del descubrimiento de Gregor. Fue Matthew Albert Hunter, investigador del Rensselaer Polytechnic Institute ubicado en Troy, en el estado de Nueva York, quien logró esta hazaña en 1910. Sin embargo, las primeras extracciones de titanio por este científico no fueron objeto de ningún desarrollo industrial. No fue hasta 1939 que Wilhelm Justin Kroll pudo desarrollar el proceso industrial de producción de este metal. El proceso que utilizó fue la reducción de TiCl4 con magnesio. Este sabio luxemburgués ejercía la profesión de metalúrgico y químico. También era consultor en el Union Carbide Research Laboratory de Niagara Falls, con sede en Nueva York.
Este elemento químico dispone de numerosas propiedades físicas interesantes, en particular su gran resistencia a la corrosión y su biocompatibilidad.
El titanio posee una densidad de 4,51 g.cm-3, equivalente a aproximadamente el 60% de la densidad del acero. Resiste fuertemente a la corrosión en diversos entornos como el organismo humano y el agua de mar. Sus características mecánicas se mantienen a un nivel superior hasta aproximadamente 600 °C. Además, éstas permanecen excelentes hasta las temperaturas criogénicas.
Este metal está disponible en varias formas. Se encuentra en lingotes, barras, alambres, tubos, tochos, planchas, chapas y tiras. El valor de susceptibilidad magnética del titanio varía entre 1,8 y 2,3 x 10−4 (frente a 3 x 105 para el hierro). Este material es interesante para equipar dispositivos de diagnóstico por IRM. Los artefactos son limitados.
El coeficiente de dilatación de este elemento es de 8,5 × 10−6 K−1 en promedio. Es la mitad del del aluminio, pero se acerca al del acero. Su módulo de elasticidad longitudinal, también llamado “módulo de Young”, está comprendido entre 100.000 y 110.000 MPa. Es significativamente bajo en comparación con el del acero inoxidable (220.000 MPa). Esta característica hace que este metal sea más ventajoso, especialmente por su biocompatibilidad (capaz de no degradar ni contaminar el medio biológico en el que se encuentra).
El titanio puro permite una transformación alotrópica de tipo martensítica alrededor de 882 °C.
Si la temperatura es inferior a 882 °C, el elemento tendrá una estructura cristalográfica hexagonal pseudo-compacta, denominada Ti α (grupo espacial número 194 P63/mmc).
a = 0,295 nm, c = 0,468 nm, c/a = 1,587
Si la temperatura supera los 882 °C, el elemento tendrá una estructura cristalográfica cúbica centrada, llamada Ti β.
a = 0,332 nm
Se llama “transus β” a la temperatura de transición α → β. La temperatura exacta de transformación varía según los elementos sustitutivos e intersticiales presentes. Por tanto, depende del grado de pureza del metal.
En la naturaleza, el titanio está presente en forma de cinco isótopos, a saber, el 46Ti, el 47Ti, el 48Ti, el 49Ti y el 50Ti. El 48Ti resulta ser el isótopo más abundante (73,8%). El 44Ti es el más estable, ya que puede existir hasta 63 años (vida media).
Al igual que muchos metales de transición, el titanio puede estar disponible en varios estados de oxidación. Es posible encontrar cuatro óxidos diferentes, en particular:
El monóxido de titanio puede obtenerse a partir del titanio metálico o del dióxido de titanio sometido a una temperatura de 1.500 °C.
Este metal posee múltiples propiedades mecánicas interesantes. Veámoslas a continuación.
Las piezas de titanio, que sufren impactos de partículas en suspensión, resisten fuertemente a la erosión gracias a su capa de óxido sólida y adherente. Además, esta capa tiene la ventaja de regenerarse. Sin embargo, la erosión de este metal en el agua de mar se amplifica cuando el caudal es más elevado o la granulometría es más baja.
En condiciones normales de temperatura, el titanio es mecánicamente resistente. Este elemento posee una mejor ductilidad. Presenta una resistencia específica superior a la del acero o del aluminio. Frente a la temperatura, su resistencia disminuye con una meseta entre -25 °C y 400 °C. En condiciones de temperaturas criogénicas, cuando la temperatura se sitúa por debajo de -50 °C, este metal gana en resistencia. Sin embargo, su ductilidad disminuye significativamente.
El titanio garantiza una excelente resistencia al fuego, en particular al fuego de hidrocarburos. De hecho, un estudio demostró que un tubo de titanio de 2 mm de espesor puede resistir una presión de 10 atm combinada con un fuego de hidrocarburos a 600 °C. Además, durante este experimento, este tubo no sufrió ningún daño y no corrió ningún riesgo de deformación ni de explosión. Es la capa de óxido de titanio la que permite alcanzar esta gran resistencia al fuego. Ésta impide que el hidrógeno penetre en el material. Además, este tipo de metal posee una baja conductividad térmica, protegiéndolo de las altas temperaturas.
Al igual que el oro o el platino, el titanio forma parte de los metales más biocompatibles. Resiste fuertemente a los fluidos corporales. Además, la elasticidad (100.000 a 110.000 MPa) facilita la remodelación ósea. El hueso está así obligado a trabajar, un proceso que permite prevenir la osteoporosis peri-implantaria y el efecto de protección contra el estrés (stress shielding). Todas estas ventajas hacen del titanio un excelente biomaterial. Conviene precisar, sin embargo, que una elasticidad demasiado elevada puede tener un efecto negativo sobre la función de un biomaterial. Este último podría sufrir una deformación intempestiva.
Para proteger el titanio de los riesgos de gripado, ninguna solución satisface hasta ahora a los científicos. Estos últimos han probado notablemente la oxidación, la boruración, la nitruración y la carburación del titanio. Se han enfrentado a problemas tecnológicos en términos de adherencia y realización. Además, cuando la superficie de este metal recibe tratamientos, su naturaleza y su estructura cambian. Así, conviene realizar esta operación con toda vigilancia. Un análisis en profundidad de la influencia de estos tratamientos debería efectuarse antes de utilizarlos. En general, estos productos reducen en mayor o menor medida la resistencia del metal, pero aumentan la fatiga del mismo.
¿Qué hay de las propiedades químicas de este elemento? ¿Resiste a la corrosión (clásica o específica)? Explicaciones.
Siendo extremadamente oxidable, el titanio está clasificado cerca del aluminio, del magnesio y del zinc en la serie de potenciales electroquímicos estándar. Por lo tanto, no puede ser considerado como un metal noble. Su dominio de estabilidad termodinámica no tiene nada en común con el del agua. De hecho, es ampliamente inferior al del agua.
Este metal de transición muestra una fuerte resistencia a la corrosión gracias al desarrollo de una capa protectora pasiva. Esta última tiene un espesor de algunas fracciones de micrómetro. Está compuesta en gran parte por óxido TiO2. Es apreciada por su gran adherencia y su compacidad.
Si la superficie sufre un rayón, el óxido se regenera espontáneamente en un entorno donde hay agua o aire. Así, el titanio es inalterable en el aire, el agua dulce y el agua de mar. Por otra parte, la capa de óxido permanece estable en un amplio panel de potencial, de pH y de temperatura.
Sin embargo, el carácter protector de esta capa disminuye en las siguientes circunstancias:
La mayoría de las veces, los químicos utilizan reactivos de ataque a base de ácido fluorhídrico para realizar las micrografías. Durante una reacción por este ácido, se forman cationes de titanio (II) y (III). Sin embargo, es posible reducir la reactividad de las soluciones ácidas añadiendo agentes oxidantes y/o iones metálicos pesados. En efecto, el ácido crómico o nítrico y las sales de hierro, de cobre, de níquel o de cromo constituyen buenos agentes inhibidores.
La adición de elementos de aleación permite reducir la actividad anódica del titanio y cambiar los equilibrios electroquímicos. Este proceso busca especialmente aumentar su resistencia a la corrosión. Además, se pueden añadir elementos específicos en función de las modificaciones deseadas. Entre los aditivos clásicos, los más solicitados son:
Es bueno subrayar que estos tres métodos pueden efectuarse simultáneamente.
El titanio reacciona poco a los modos específicos de corrosión, en particular a la corrosión cavernosa y a la corrosión por picaduras. Cabe precisar que estos fenómenos sólo se constatan en caso de uso en un dominio cercano a un límite práctico de resistencia a la corrosión clásica. Así, los riesgos de corrosión bajo tensión se manifiestan en los siguientes casos:
Las dos estructuras alotrópicas del titanio reaccionan de manera diferente a este tipo de corrosión. En efecto, el Ti α es particularmente sensible, contrariamente al Ti β.
A continuación, explicaremos cuáles son los métodos de purificación de este metal.
Concebido en 1925 por Anton Eduard van Arkel y Jan Hendrik de Boer, este proceso se utilizó por primera vez para aislar el circonio. Se basa en la formación reversible de yoduro volátil, que se convierte de nuevo en metal puro.
El titanio a purificar debe ser calentado al vacío en un crisol a 800 °C en presencia de yodo. Luego, este método provoca la formación de un yoduro de titanio (TiI4) y la volatilización del metal. Bajo la presión atmosférica, el TiI4 se disuelve a 150 °C y hierve a 377 °C. Bajo una presión más reducida, sus temperaturas de ebullición son menos elevadas.
Por convección, el tetrayoduro gaseoso se evapora. Luego, al contacto con un filamento de tungsteno calentado al rojo blanco (1.400 °C), se descompone. Durante el depósito del metal, la conductividad eléctrica del filamento aumenta progresivamente.
Ti + 2I2 → TiI4
Mediante la adición del magnesio, este método provoca la reducción del óxido de titanio para obtener titanio puro. Se desarrolla en algunas etapas importantes:
Cabe señalar que el proceso Kroll no ha evolucionado realmente en su principio físico-químico desde su primera utilización industrial en 1945. Sin embargo, se observa un aumento del rendimiento.
El proceso de Hunter se desarrolla casi de la misma manera que el proceso Kroll. La única diferencia es que se utiliza sodio para “reducir” el tetracloruro de titanio. Este método es hoy en día raramente empleado debido a su costo relativamente elevado.
A pesar de esto, figura entre los procesos más fiables para extraer y purificar el titanio. Algunos fabricantes recurren a él cuando quieren extraer una gran cantidad de titanio o cuando este metal está ligado a un gran número de otros elementos.
Al término del proceso de purificación (de Hunter o de Kroll), el producto final obtenido posee una estructura porosa parecida a una esponja. Por esta razón se le llama “esponja de titanio”.
La esponja de titanio se tritura en pequeñas virutas que serán luego homogeneizadas mediante un mezclador, bajo gas neutro o bajo aspiración violenta. Este método permite evitar la inflamación de las partículas finas de titanio, susceptible de provocar la formación de oxinitruro de titanio.
A continuación, el lote homogéneo de titanio se comprime en frío mediante la matriz de una prensa. Se transforma en un cilindro denso, conocido con el nombre de “compacto”. Gracias a la densidad relativa de este compacto, toda manipulación es posible para crear un electrodo primario:
Así, es posible utilizar diversas técnicas de fusión para obtener un lingote de titanio puro al 99,9%. Estas son:
Esta última técnica consiste en fundir los electrodos de titanio por refusión al arco bajo vacío. Así, un arco eléctrico de baja tensión (30 a 40 V) y alta intensidad (20.000 a 40.000 A) se forma entre la parte inferior del electrodo de titanio y un crisol de cobre enfriado por agua. Más precisamente, la parte inferior del electrodo se calienta para superar la temperatura del liquidus. Durante este tiempo, el metal se funde y las gotitas caen en un pozo líquido colocado en una vaina metálica, llamada “piel del lingote”. Conviene refundir el lingote varias veces en función de la pureza esperada.
Un fabricante puede crear un lingote de titanio puro a partir de un material fundido compuesto por:
Puede obtener lingotes de aleación de titanio añadiendo al material de titanio elementos de aleación como el aluminio y el vanadio. La mayoría de las veces, se utiliza la aleación TiAl6V4 que representa más de la mitad del uso de aleaciones de titanio en el mundo.
Según los procesos de fusión empleados y las expectativas en términos de homogeneidad de los productos obtenidos, un lingote puede ser refundido dos o tres veces. En general, los lingotes son convertidos por forjado en caliente y por mecanizado para fabricar semiproductos en forma de plancha, tocho o palanquilla.
Luego, un fabricante puede recurrir al laminado, al forjado, a la extrusión, al mecanizado o a otra técnica de transformación para refinar los productos terminados. Estos últimos pueden tomar la forma de una hoja, una bobina, una placa, una barra, un cable, etc. Los fabricantes recurren generalmente al lingote de fusión asociado a scrap de cantidad variable para producir piezas de fundición.
El titanio metálico es raro y caro. Sin embargo, el dióxido de titanio es accesible a precios menos elevados. Es suficientemente abundante. Se encuentra notablemente en forma de pigmento blanco utilizado en la producción de plásticos y pinturas. Este polvo de TiO2 es conocido por su inercia. Es particularmente opaco y resistente a la luz natural. Cabe señalar que el dióxido de titanio puro muestra un índice de refracción elevado, de 2,70 a λ = 590 nm. Además, posee una dispersión óptica superior a la del diamante.
El titanio bajo forma metálica es altamente inflamable. Las sales de titanio son consideradas como un producto no peligroso. Los compuestos clorados como el TiCl3 y el TiCl4 pueden ser corrosivos. El titanio no juega ningún papel biológico. Sin embargo, puede depositarse en los tejidos vivos en presencia del silicio.
El titanio no es considerado como una sustancia rara en la Tierra. Está clasificado en el noveno lugar de los elementos más abundantes en la corteza terrestre. Ocupa, además, el quinto lugar entre los metales más abundantes. Su contenido medio en la corteza terrestre es de 0,63%.
Este metal está presente en el Sol, los meteoritos y las estrellas, así como en el carbón, el cuerpo humano y las plantas. Sus rayas son fuertemente notables para las estrellas de tipo M. Durante la misión espacial “Apollo 17”, se importaron rocas de la Luna y éstas están constituidas en un 12,1% por TiO2.
Por otra parte, la mayoría de minerales, suelos y rocas contienen pequeñas cantidades de titanio. De hecho, 87 minerales o rocas contienen al menos 1% de titanio. En cambio, existen pocos minerales ricos en titanio, en particular:
El titanio presente en la Tierra se encuentra mayoritariamente en forma de anatasa o de titanomagnetita. El problema es que la explotación de estos dos minerales no es económicamente interesante si se utilizan las tecnologías modernas. Sólo el rutilo, la ilmenita y el leucoxeno son fáciles de explotar y tratar. Por lo tanto, permiten realizar grandes beneficios.
Los principales yacimientos de titanio se encuentran en Australia, América del Norte, Escandinavia, Madagascar, Rusia, Malasia, China, India y Sudáfrica. La reserva mundial total de este metal sería de dos mil millones de toneladas. Esto incluye la reserva que no puede ser explotada económica y/o tecnológicamente. En 2005, las reservas probadas de ilmenita y rutilo rico en dióxido de titanio utilizable y explotable se elevaban a 600 millones de toneladas (cifra del U.S. Geological Survey). Estaban repartidas de la siguiente manera:
El 9% restante está disperso en varios otros países.
Los productores de titanio de alta pureza son poco numerosos. Además, se concentran en las regiones donde la demanda interna es fuerte. Este metal constituye un material estratégico para ciertos sectores, entre ellos el militar, el aeronáutico y la filial de energía. Así, los países industrializados poseen su propia industria de producción de titanio. Recientemente, China e India también empiezan a producir titanio para apoyar sus planes plurianuales de desarrollo de la industria de defensa. Las capacidades reales de producción de cada país siguen siendo poco claras debido a que los productos terminados están destinados a responder a las necesidades estratégicas interiores.
Gracias al desarrollo de la industria en el mundo liberal, los productores occidentales tuvieron la oportunidad de aumentar su oferta hasta que los de los países de la ex-URSS vinieron a competir con ellos. Hasta 1990, los precios del titanio en el mercado dependían de los costes de producción de los países occidentales (Estados Unidos, Japón y Europa occidental). También se basaban en el posicionamiento por especialización de productos de estos productores, conduciendo a cierto lobby. En 2021, la producción mundial total de titanio metálico se estima en más de 20 mil millones de dólares americanos.
La emergencia de proveedores rusos, ucranianos y chinos ha aportado un gran cambio en el mercado. Estados Unidos y Japón dominan el mercado. Así, los nuevos productores están obligados a proponer precios más bajos para tener cuotas de mercado. Esta bajada de precios es posible debido a los costes de producción más controlados. En este contexto de competencia feroz, la oferta se diversifica. Es bueno señalar que Francia figura entre los grandes importadores de titanio en el mundo.
En 2022, China es considerada como el primer productor de materiales de titanio (lingote, placa, bobina, tubo…). Ha asegurado casi la mitad de la producción mundial. El aumento de la demanda de productos aeroespaciales y químicos ha provocado un aumento de los precios del titanio. También conviene subrayar el uso de derivados de este metal en la fabricación de soluciones de energías alternativas. Esto podría hacer subir aún más los precios que hoy se basan en el mercado chino. En agosto de 2022, a título indicativo, los lingotes de titanio de nivel 1 costaban en promedio 87 a 90 ¥/kg. Aunque el titanio chino domina el mercado, su calidad no conviene a la industria aeronáutica.
El titanio es utilizado en varios sectores, especialmente el militar, el aeroespacial, el aeronáutico, el deportivo, el médico y el industrial.
La forma de titanio más frecuentemente utilizada es el dióxido de titanio (TiO2). En efecto, en 2017, el 95% del mineral de titanio mundial, especialmente la anatasa, era tratado para producir dióxido de titanio. Este pigmento constituye un componente importante de las pinturas para los muros de los edificios, las materias plásticas, los productos farmacéuticos, el papel, etc.
Notemos que la pintura a base de dióxido de titanio es resistente a altas temperaturas y a las agresiones corrosivas de los medios marinos. También es un excelente reflector de los rayos infrarrojos. Por eso este tipo de pintura es ampliamente empleado por los astrónomos.
Algunos dispositivos de descontaminación utilizan una de las formas del dióxido de titanio como fotocatalizador de reacciones químicas. Debido a su carácter inerte, este compuesto también sustituye al albayalde, que está prohibido por su toxicidad. Entra, por tanto, en las composiciones de ciertos medicamentos, cosméticos y productos alimentarios.
Sin embargo, conviene precisar que, desde 2021, la Autoridad europea de seguridad alimentaria considera el TiO2 como peligroso como aditivo alimentario. Esto se debe al hecho de que este compuesto actúa como catalizador en reacciones químicas.
El dióxido de titanio bajo forma nanoparticulada juega el papel de filtro ultravioleta en ciertas cremas solares. Gracias a su opacidad, posee un poder cubriente excepcional. Resiste al tiempo y a la decoloración en caso de exposición al sol. Hace más claras y brillantes las sustancias químicas marrones o grises que se utilizan para fabricar artículos domésticos de plástico.
El titanio bajo forma de metal se impone hoy como una alternativa económica que permite limitar los costes de explotación. Es particularmente rentable cuando los diseñadores consideran solamente las propiedades y las características específicas de este material. En cambio, esta elección es de evitar si los fabricantes quieren servirse de él para reemplazar otro metal. En estos casos, no es para nada rentable.
A título de ejemplo, en explotaciones petrolíferas offshore, los costes de fabricación e instalación de los tubos de perforación de titanio son dos veces menos caros que los de los tubos de acero. Además, gracias a la resistencia a la corrosión del titanio, los costes relacionados con las operaciones de revestimiento de los tubos son más reducidos. Este material es además tres a cinco veces más duradero que el acero. El valor de su resistencia específica elevada es ideal para garantizar la finura y la ligereza de los tubos.
La aeronáutica figura entre los dominios de aplicación del titanio más antiguos. Este elemento es realmente solicitado por sus características específicas. En nuestra era, representa del 6 al 9% de la masa de los aviones. Sirve sobre todo para fabricar piezas forjadas y piezas fundidas. En la aeronáutica, los moldes de cerámica de las piezas fundidas de titanio son fabricados mediante una técnica de cera perdida:
En cambio, los moldes de arena comprimida son utilizados para realizar piezas grandes como cañones y bombas. Así, la colada se efectúa por centrifugación o por gravedad. Algunos fabricantes recurren además a técnicas de impresión 3D a partir de polvo de titanio.
El titanio también es utilizado para realizar tornillos, tuercas y elementos de motores (álabes de compresores, discos de compresores, álabes Fan, cárter Fan, cárteres estructurales…). En estos casos, la temperatura máxima de utilización se fija en 600 °C. El titanio puede formarse a 800 °C. Su superplasticidad que se forma a 920 °C ofrece la posibilidad de tener formas aún más sofisticadas. Por otra parte, el titanio es empleado como elemento de estructura cuando hay presentes compuestos de carbono.
El titanio constituía uno de los componentes de fabricación de elementos del motor Vulcain de Ariane 5. Estaba mezclado con el compuesto H2 / O2 y su combustión. Así, por un lado, los rodetes centrífugos sufren temperaturas criogénicas y por el otro, temperaturas de la combustión.
Este metal de transición es también el material constituyente del depósito de gases de propulsión para satélites. Es especialmente solicitado por sus propiedades criogénicas elevadas y su gran resistencia a la corrosión. Por otra parte, es utilizado para realizar herramientas embarcadas en las estaciones espaciales debido a su carácter amagnético. En ingravidez, las piezas de titanio pueden ser colocadas cerca de los equipamientos electrónicos y eléctricos sin riesgo de producir ni arco ni perturbación electromagnética.
Además de esto, este elemento es empleado para desarrollar las aletas de los lanzadores reutilizables Falcon 9 de SpaceX. Gracias a su resistencia térmica elevada, prolonga la vida útil de estas aletas que están en actividad muchas veces, sin necesitar un mantenimiento difícil.
Es bueno señalar que la cantidad de titanio importada por la Unión Europea es de 70.000 toneladas por año. Las dos terceras partes están destinadas a la industria aeronáutica y espacial. En efecto, Rusia era el primer proveedor de titanio de la aeronáutica mundial a través de la sociedad VSMPO-AVISMA. Esta última posee más de un cuarto del mercado mundial. Abastece, a través de contratos a largo plazo, a grandes grupos industriales como Airbus y Safran.
El titanio es particularmente solicitado en el sector de la química. Existen por ejemplo tubos fabricados a partir de este material en varios condensadores. Resistente a la abrasión o a la corrosión, este tipo de metal proporciona una mejor durabilidad a estos dispositivos.
Este elemento también se ve en forma de reactores en las refinerías, gracias a su buena resiliencia al CO2 y al H2S. Debido a su resistencia al Cl, es además utilizado en el proceso de blanqueo de las pastas químicas destinadas a la confección de papel. En Japón, su resistencia a los agentes biológicos y a la corrosión lo convierte en un excelente componente para el tratamiento de las aguas.
El titanio sirve para desarrollar el blindaje para vehículos, navíos o cabinas de aviones de caza. Es elegido por sus propiedades mecánicas, su carácter no corrosivo y su resistencia al fuego. En Estados Unidos, este material sirve incluso para construir la carrocería de ciertos vehículos militares ligeros.
En Rusia, el titanio constituye un material de construcción de numerosos submarinos nucleares. Es uno de los usos más increíbles de este metal. Existe especialmente el submarino “clase Alfa”, cuyo casco está fabricado enteramente a partir de este material muy resistente. Puede así acceder a mayores profundidades.
Gracias al carácter amagnético del titanio, el submarino no puede ser detectado por los dispositivos de observación satelital. Estos últimos emplean los cambios puntuales del campo magnético terrestre producidos por los cascos de acero. Sin embargo, hay que señalar que este proceso ya no está de actualidad. Hoy en día, se añaden circuitos electrónicos especializados en las estructuras de los submarinos, haciéndolos imperceptibles.
En el sector militar, el titanio cuenta entre los materiales indispensables durante las guerras. El inconveniente principal de los cascos de titanio es su coste elevado, ya que este metal es difícil de soldar.
La utilización del titanio en el campo médico es reconocida desde hace más de cincuenta años. En efecto, los primeros implantes dentales realizados a partir de este material fueron colocados por el profesor Per-Ingvar Branemark en 1964.
Debido a su biocompatibilidad, este metal es cada vez más solicitado. Sirve especialmente para fabricar prótesis, ya que el hueso se adhiere a él de manera espontánea. Además, es mecanocompatible. Sin embargo, hoy en día, los investigadores estudian todavía el verdadero interés de emplearlo en las ramas de la osteosíntesis y de la cirugía.
En el campo de la odontología, el titanio permite realizar implantes en el hueso para los soportes de prótesis y la fabricación de armazones o capas protésicas. En endodoncia, el compuesto NiTi es empleado bajo forma de diminutas limas superelásticas. Estas últimas sirven para arreglar los canales dentales para las desvitalizaciones.
En ortodoncia, gracias a su elasticidad y a su capacidad de memoria de forma, el titanio constituye el material privilegiado para crear arcos que sirven para rectificar la posición de los dientes. Este metal entra también en la construcción de las bobinas superconductoras de los dispositivos de diagnóstico por IRM. En este caso, se mezcla con el niobio.
Conviene precisar la existencia del material de titanio en el sector de la cirugía, en particular, las fresas huecas refrigeradas por agua. A diferencia del acero, un residuo de este metal no causará ninguna infección postoperatoria si se encuentra en el organismo. Esto es posible debido a su aspecto biocompatible.
En Estados Unidos, el titanio es empleado en los circuitos secundarios de reactores nucleares para reducir las paradas de tramos costosas. Este elemento sirve igualmente para fabricar las canalizaciones y los cárteres en la geotermia, así como tubos rectos o en forma de U en los intercambiadores de calor. Es así elegido por su resistencia a la erosión y su gran resistencia a la corrosión.
Debido a su resistencia específica mecánica superior, este metal está presente en forma de álabes en las turbinas generadoras de vapor. Así, los riesgos de rotura de álabes se minimizan y las paradas de central se limitan significativamente.
Los constructores automovilísticos alemanes, americanos y japoneses integran piezas de titanio en sus coches de turismo. En este caso, este metal hace más ligeras las estructuras, con vistas a reducir la molestia sonora y las emanaciones del motor. En este sector, sirve especialmente para construir resortes, válvulas y bielas.
Los resortes de titanio aprovechan grandemente las propiedades mecánicas de este elemento. En efecto, el módulo de Young del titanio es dos veces inferior al del acero. Por lo tanto, necesita dos veces menos espiras. Gracias a su baja densidad (dos veces inferior a la del acero), el resorte goza de una gran ligereza. Además, es cuatro veces menos voluminoso que el acero en la suspensión. Además de esto, su vida útil es casi ilimitada y su resistencia a la salinidad es una ventaja inigualada.
El titanio constituye un metal de transición dotado de una capa 3D electrostáticamente menos apantallada. Juega así el papel de un dopante para la creación del medio amplificador de láseres sintonizables como el láser titanio-zafiro. Los amplificadores ópticos “zafiro dopado con titanio” presentan una curva de ganancia particularmente ampliada. Se obtiene una fuerte sintonización en frecuencia. Desde 1981, este material también es empleado en otro campo de la óptica, especialmente la fabricación de monturas de gafas. Es a la vez flexible, ligero, resistente y biocompatible.
En el ciclismo, los fabricantes de bicicletas privilegian el titanio para fabricar cuadros de calidad premium. Este material posee una ligereza comparable a la del carbono y una resistencia superior a la del acero. También es utilizado para construir manillares de patinete freestyle (resistentes a los golpes y ligeros). En alpinismo, sirve para realizar mosquetones. En este contexto, es sobre todo su resiliencia a las temperaturas criogénicas lo que interesa a los fabricantes.
En arquitectura, el titanio juega el papel de material de recubrimiento debido a su aspecto estético y su facultad de cubrirse de una capa de óxido resistente. Por ejemplo, ha sido solicitado para construir la escultura “The Shoal” en Londres, en el Reino Unido y el museo Guggenheim en Bilbao, en España.
En pirotecnia, el titanio en forma de virutas se mezcla con pólvora negra para crear chispas blancas. También puede ser combinado con percloratos, generando así fuertes explosiones.
Este metal ligero y resiliente es utilizado en la fabricación de armaduras medievales. Comparadas con las armaduras clásicas de acero (30 kg), las de titanio (sólo 15 kg) son más eficaces y más confortables.
En joyería, es solicitado para fabricar joyas de piercing y joyas artesanales. Su carácter inerte y su bello color (obtenido por anodización) son particularmente apreciados en este sector.
Muchas otras aplicaciones son posibles, por citar sólo algunas:
Finalmente, es bueno señalar que las parejas pueden celebrar sus bodas de titanio en el 72º aniversario de su matrimonio. Por otra parte, este elemento químico resistente representa el undécimo nivel en la progresión de la cerbatana deportiva.
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