El titanio fue descubierto por primera vez en 1791 por William Gregor, un clérigo de Cornualles y mineralogista aficionado, mientras estudiaba los depósitos de arena en el valle de Manaccan. En su muestra identificó un óxido de hierro y un metal desconocido; lo llamó «menachanita». Lamentablemente, su contribución al descubrimiento del titanio cayó en el olvido. El óxido que examinó, ahora conocido como ilmenita, es el mineral comercial más importante del titanio y representa el 92% de todas las extracciones de titanio.
Descuidados los logros de Gregor, el titanio fue redescubierto en 1795 por Martin Heinrich Klaproth, un renombrado químico alemán al que también se le atribuye el descubrimiento del uranio. Klaproth estaba investigando el rutilo y bautizó el metal no identificado con el nombre de los titanes de la mitología helénica. En contra de la concepción popular, su elección de nombre no se refiere a las propiedades de resistencia y durabilidad del elemento, sus notas muestran que eligió el nombre debido a su neutralidad, tal y como defendía Antoine Lavosier.
«Siempre que no se puede encontrar un nombre para un nuevo fósil que indique sus propiedades peculiares y características (situación en la que me encuentro actualmente) creo que lo mejor es elegir una denominación que no signifique nada en sí misma y que, por tanto, no pueda dar lugar a ideas erróneas. En consecuencia, como hice en el caso del uranio, tomaré el nombre de esta sustancia metálica de la mitología, y en particular de los titanes, los primeros hijos de la tierra. Por lo tanto, llamaré a este nuevo género metálico Titanio».
El aislamiento del Titanio resultó problemático y muchos científicos, incluido el propio Klaproth, lo intentaron y fracasaron. Pero, en 1887, 94 años después del descubrimiento inicial de Gregor, el titanio metálico fue aislado por Lars Nilson y Otto Pettersson, quienes lograron una pureza del 95%. Su método, que utilizaba sodio, se perfeccionó más tarde en el proceso Hunter.
Henry Moissan consiguió una pureza del 98% utilizando un horno eléctrico en 1896. El producto estaba muy contaminado con intersticiales (oxígeno, nitrógeno y carbono) que lo hacían frágil. La alta afinidad del titanio con el nitrógeno a altas temperaturas se documentó en 1908.
Encontrar un método para evitar que el titanio se uniera al nitrógeno era fundamental. En 1910 Matthew A. Hunter logró una pureza del 99,9% en colaboración con General Electric en el Instituto Politécnico Rensselaer. La ilmenita se redujo mediante el proceso de cloruro para hacer tetracloruro de titanio. A continuación, utilizando lo que ahora se conoce como Proceso Hunter, se hacía reaccionar el TiCl4 con sodio en un alto horno evacuado a 700-800 grados Celsius.
El Proceso Kroll, desarrollado por William J. Kroll en Luxemburgo en la década de 1930, desplazó al Proceso Hunter. El uso de magnesio en lugar de sodio redujo el coste del proceso, lo que ayudó a la entrada generalizada del titanio en el mercado aeroespacial tras la Segunda Guerra Mundial. La fiabilidad del titanio depende totalmente de su cadena de suministro; las mejoras incrementales han hecho que la pureza del titanio utilizado en el sector aeroespacial se haya multiplicado por más de 100 entre 1950 y 2010.
El más mínimo defecto en la producción de titanio puede tener consecuencias nefastas. El desastre aéreo de Sioux de 1989 es un ejemplo de ello. El accidente se produjo cuando el orificio de titanio del motor del vuelo 232 de la aerolínea estadounidense se agrietó. El consiguiente «fallo de motor no contenido» inmovilizó los sistemas hidráulicos del avión y sus respaldos. La tripulación se vio obligada a improvisar, utilizando el empuje de los dos motores restantes del avión para rodar e inclinar el avión hacia el aeropuerto de Sioux City. La investigación de la Junta Nacional de Seguridad en el Transporte de Estados Unidos los elogió por su actuación. 185 de las 296 personas a bordo sobrevivieron. La grieta en cuestión surgió de una inclusión de «alfa dura» en la aleación Ti 6al 4V, que había crecido en tamaño durante los 18 años de servicio de los aviones.
El riesgo de fractura del titanio puede reducirse gestionando su mecánica y microestructura. Los cambios fueron implementados por primera vez por la industria en la década de 1970. La FAA ordenó el cambio de la refundición con argón a la refundición con doble arco de vacío en 1972. El razonamiento fue que el vacío ayuda a eliminar el oxígeno disuelto mejorando la calidad del lingote, aunque no es suficiente para eliminar las inclusiones alfa duras como las que había en el orificio del motor del vuelo 232. La crisis del petróleo de la OPEP de 1973 fue un factor que contribuyó a la adopción masiva del titanio en la industria. El aumento del coste del combustible hizo que las mejoras en la eficiencia del titanio hicieran que el metal fuera más deseable.
A mediados de la década de 1980 se produjeron nuevas mejoras con el cambio a la triple fusión VAR, que es ahora el estándar mínimo para el metal de titanio utilizado en el sector aeroespacial. La investigación sobre el accidente de Sioux de 1989 supuso un esfuerzo adicional de toda la industria en la década de 1990 para mejorar el proceso de producción en todos los ámbitos, desde la manipulación, la soldadura de electrodos y el vacío, hasta las fugas de agua; las fugas son especialmente problemáticas durante el proceso Kroll, en el que el oxígeno reacciona en la masa fundida causando inclusiones alfa duras que no pueden eliminarse fácilmente mediante el VAR.
Una solución a este problema fue el proceso de fusión del cráneo, también conocido como refundición en frío con haz de electrones, que fue patentado en la década de 1980 y alcanzó un uso generalizado en la década de 2000, es una alternativa al tercer paso del proceso de triple fusión. A diferencia del VAR, el metal se calienta en exceso, fundiendo los defectos alfa duros y permitiendo que las materias primas contaminadas se conviertan en un lingote de alta calidad; las impurezas se forman en la superficie del lingote y pueden eliminarse fácilmente. El proceso es útil porque permite que las virutas de desecho, creadas y contaminadas por el mecanizado del metal, vuelvan a fundirse y se eliminen sus contaminantes y se utilicen en aplicaciones de alta calidad.
Kroll predijo que la electrólisis superaría su propio proceso pionero en un plazo de 15 años. 80 años después, Chen, Fray y Farthing desarrollaron el método necesario en la Universidad de Cambridge a finales de la década de 1990. Se espera que el proceso FFC Cambridge reduzca considerablemente el coste de la fabricación de titanio al permitir la electrólisis del mineral de óxido purificado de un metal para convertirlo en el metal o la aleación deseados. El proceso es similar al que se utiliza actualmente en el aluminio, pero el mayor punto de fusión del Ti hace que el asunto sea más difícil. Puede obtener más información sobre el titanio en nuestra página de propiedades.
0 comentarios