Nitruro de Titanio

Fórmula química: TiN

Punto de fusión: 2930 Cº

Densidad: 5,22 gr/cc

El Nitruro de Titanio es un compuesto cerámico perteneciente a la familia de los nitruros formado por el metal de transición titanio y el no-metal nitrógeno con fórmula TiN. Es un compuesto binario, inorgánico y de uso amplio uso comercial como material de recubrimiento de brocas y piezas abrasivas en general. Se presenta en forma sólida como gránulos de color marrón de densidad mayor a la del elemento puro. Es muy duro (9-9,5 Mohs), compacto y resistente a la rotura por presión aplicada; esto significa que nos encontramos ante un material muy compacto. No obstante, al igual que todas las cerámicas, no se usa nunca en estado puro, si no en combinaciones con otros materiales. 

Es de los nitruros más importantes (junto al de Silicio) y reconocibles a nivel industrial, pero tiene la peculiaridad de que no se usa en su forma maciza, sino como capa, es decir, es un material pensado para recubrir otros materiales. Al igual que en el caso del Carburo de Titanio, tiene la ironía de ser más fácil de fabricar que el Titanio metálico puro. 

¿Cómo se fabrica este material?

Aunque otros metales pueden formar Nitruros, ningún otro absorbe nitrógeno tan bien como el Titanio. Es una “rareza” muy beneficiosa si quieres producir el Nitruro y una gran desventaja si buscas obtener el metal puro, dependiendo de cómo lo veas. La fabricación del Nitruro es costosa (aunque no tanto como otros compuestos) y requiere de una cámara de fundido libre de Oxígeno (el cual se desprenderá del Óxido de Titanio con el cual se empiece la reacción) bajo una atmósfera inerte (la más indicada es la de Argón) en la cual se -insufla- el gas Nitrógeno en alta pureza (no debe contener oxígeno) en presencia de un reductor que no reaccione con el Nitrógeno, pero sí con el oxígeno para “robarlo” al Titanio durante la reacción, exponiendo a éste último al Nitrógeno y “obligándolo” a combinarse. La reacción, que es parecida a la utilizada para obtener cristales de Titanio de alta pureza, se describe a continuación. Nótese que he intentado simplificar el proceso al máximo para el entendimiento de todo el público.

Presente el elemento de sacrificio (frecuentemente Aluminio o Magnesio), se eleva la temperatura del Óxido de Titanio (justo como se haría para intentar reducir el óxido) hasta que éste comienza a separarse (es decir, a desoxidarse) mientras se insufla* el gas Nitrógeno de alta pureza (relativamente fácil de obtener) para la posterior -absorción- por parte del metal Titanio, que debido a su afinidad por el mismo se combinará con el a altas temperaturas (incluso si el Argón está presente – no habrá reacción debido a su condición de gas noble). 

En resumen, lo que se intenta es desprender el Oxígeno y reemplazarlo por el Nitrógeno. Claro que, en la práctica, la producción de este material no solamente es complicada y requiere de materias primas caras y maquinaria de élite, sino que consume mucho combustible. Los metales de sacrificio en sí mismos ya son bastante caros de por sí.  

*Insuflar: en este caso verter aire o cualquier otro gas a presión dentro de la cámara donde toma lugar la reacción química. Más vulgarmente, “soplar”.  

Usos del Nitruro de Titanio

La cerámica en sí misma no tiene ninguna aplicación práctica en su forma maciza, tal como sí sucede por ejemplo en con el Nitruro de Silicio, que es muy tenaz, sino que se usa siempre como recubrimiento. Esto es, una capa cerámica -aplicada- sobre la superficie “desnuda” de otros materiales con el fin de obtener beneficios tales como mayor longevidad debido a una mayor dureza de la pieza, resistencia a la corrosión, et cétera. 

Dichos beneficios se resumen en dos simples aplicaciones que explotan tanto la dureza como el aspecto atractivo de la cerámica: es de un color dorado similar al del Oro metálico, por lo que puede usarse también en joyería, si bien es muy raro. 

El Nitruro de Titanio se utiliza como -recubrimiento- en piezas abrasivas, cortantes, perforantes, etc, todo lo que esté sujeto al desgaste. Es relativamente fácil de aplicar sobre el Acero, y como tal se utiliza para elevar la dureza de las brocas de Acero al alto Carbono, Aceros rápidos (“HSS”) o incluso algunas aleaciones especiales como aquellas relacionadas con el Wolframio, si bien las de carburo de Wolframio (“Widia”) no utilizan este compuesto ya que no lo necesitan, y yo alerto encarecidamente al lector a modo de consejo el no fiarse de brocas vendidas como “Carburo de Wolframio” si presentan el característico color dorado en su punta.

Las brocas con recubrimiento de Nitruro de Titanio son fácilmente reconocibles debido a su color dorado, que no va más allá de la punta. Como ya he explicado repetidamente, es una capa superficial, y una vez se pierde (por el desgaste del uso), la pieza en cuestión pierde mucha dureza y suele (o debe) ser reemplazada. 

Es una capa superficial aplicada frecuentemente al Acero rápido, aunque se puede encontrar en otras aplicaciones donde se requiera una elevada resistencia química y a la oxidación, si bien en estos casos los óxidos propiamente dichos son más recomendables. 

Uso ornamental y como barrera anti-corrosiva

El nitruro de titanio, como material de capado no sólamente ofrece la ventaja de una gran dureza (9,0-9,5 Mohs) sino que también se explota por razones cosméticas. Su color se asemeja al del Oro, o al menos, al del Oro aleado. Químicamente es muy resistente, y sólo se verá atacada por ácidos muy agresivos. 

El Nitruro de Titanio se aplica a los anillos de acero inoxidable de grado AISI 316L para darles un aspecto dorado. A diferencia del Titanio, el Aluminio, el Niobio, etc, el Acero 316L no puede ser coloreado (anodizado) mediante un proceso de oxidación controlado, ya que el óxido -puro- siempre será transparente a menos que se empleen procedimientos más complejos. Para conseguir el aspecto dorado sobre la superficie de los Aceros Inoxidables 316L se utilizan frecuentemente compuestos con base de Nitrógeno, siendo el de Titanio uno de los más populares y baratos.

También se utiliza para recubrir contactos eléctricos, ya que a pesar de que es un mal conductor, previene de la corrosión y por tanto del desgaste, de la pieza final.