Introduction aux propriétés du titane et des alliages de titane
1.1 Introduction au titane
Le titane est un nouveau type de matériau qui présente les avantages d’une faible densité, d’une résistance spécifique élevée, d’une résistance à la chaleur et d’une résistance à la corrosion. Il pèse seulement deux fois moins que le fer, mais ses propriétés mécaniques, telles que le martelage et l'étirage, sont comparables à celles du cuivre. D'une manière générale, à mesure que la température diminue, la résistance des métaux diminue, mais au contraire le titane, plus la température est basse, le titane deviendra de plus en plus dur, et la supraconductivité apparaîtra lorsque la température critique sera atteinte.
1.2 Introduction à l'alliage de titane
L'alliage de titane et le titane sont de nature similaire dans une certaine mesure, avec des caractéristiques de faible densité et de haute résistance, en plus de ses excellentes propriétés mécaniques et d'une forte résistance à la corrosion. De plus, sa résistance thermique est élevée, ce qui est évidemment meilleur que celle de l'alliage d'aluminium. Dans le même temps, ses propriétés mécaniques changent peu à basse température et à ultra-basse température.
Nouvelle technologie et application du titane
2.1 Méthode de préparation du titane
Bien que le titane soit relativement abondant dans la nature, c’est aussi un métal rare car dispersé et difficile à extraire. À l'heure actuelle, la préparation du titane est divisée en deux catégories : la méthode de réduction thermique et la méthode d'électrolyse aux sels fondus.
(1) Le titane a été préparé par méthode de réduction thermique
La méthode de réduction thermique consiste à une certaine température, à utiliser Li, Na, Mg, Ca et son hydrure et d'autres agents réducteurs puissants, le titane à partir de composés de titane tels que la réduction TiCl4, TiO2, K2TiF6. Selon les différents composés du titane, la technologie de préparation du titane par réduction thermique peut être divisée en trois catégories :
① Méthode REDOX au chlorure de titane, telle que la méthode Kroll, la méthode Hunter, la méthode Armstrong et la méthode EMR ;
② Méthode REDOX de l'oxyde de titane, telle que la méthode OS, le processus PRP, la méthode MHR, etc.
③ Méthode REDOX du titanate.
À l’heure actuelle, seules les méthodes Kroll et Hunter peuvent être appliquées avec succès dans la production industrielle. La méthode Kroll utilise le magnésium pour remplacer le titane du chlorure, et la méthode Hunter utilise le sodium métallique pour remplacer le titane du chlorure. En outre, la société internationale de poudre de titane de Chicago aux États-Unis a développé la méthode Armstrong, sa méthode de préparation est similaire à la méthode Hunter et consiste également à utiliser un agent réducteur de sodium pour purifier le titane métallique. Les États-Unis utilisent déjà cette méthode pour la pré-production en usine.
(2) Préparation du titane par électrolyse de sels fondus
En 1959, Kroll prédisait que l’électrolyse aux sels fondus remplacerait Kroll comme méthode dominante de production de titane dans les cinq à dix prochaines années. Au fil des années, les instituts de recherche et les laboratoires nationaux et étrangers ont développé au total plus d'une douzaine de nouvelles technologies pour la préparation du titane par électrolyse de sels fondus, qui peuvent être divisées dans les trois catégories suivantes selon les matières premières :
① Électrolyse du titanate ;
(2) Électrolyse du chlorure de titane ;
③ Méthode électrolytique de l'oxyde de titane, y compris la méthode FFC Cambridge, le procédé MER, la méthode USTB, le procédé QIT, la méthode SOM et la méthode électrolytique liquide ionique, etc.
2.2 Nouvelles utilisations du titane
Depuis les années 1940, l’utilisation du titane s’est développée rapidement et a été largement utilisée dans les avions, les fusées, les missiles, les satellites, les vaisseaux spatiaux, les navires, l’industrie militaire, les traitements médicaux et les domaines pétrochimiques. Les dernières recherches ont révélé que le corps humain contient une certaine quantité de titane, le titane stimulera les cellules phagocytaires, peut renforcer la fonction immunitaire, c'est pourquoi de nombreux laboratoires s'engagent dans le développement et l'application du titane biologique.
Nouvelle technologie et application de l'alliage de titane
3.1 Méthode de préparation de l'alliage de titane
Le traitement traditionnel des alliages de titane adopte généralement la technologie de fusion et de moulage, la dernière technologie de traitement est divisée comme suit :
(1) Technologie de moulage quasi nette ;
(2) Technologie de soudage par friction en ligne ;
(3) technologie de formage superplastique ;
(4) Technologie de simulation informatique du processus de préparation et de traitement des matériaux.
La technologie de moulage Near Net comprend le moulage au laser, le moulage de précision, le forgeage de précision, la métallurgie des poudres, le moulage par jet et d'autres méthodes. La métallurgie des poudres consiste à utiliser de la poudre de titane ou de la poudre d'alliage de titane comme matière première, après moulage et frittage, afin de fabriquer des pièces en titane selon le nouveau procédé. La première est la production de poudre, généralement en utilisant la méthode d'alliage mécanique, à l'aide d'un broyeur à boulets pour impacter, broyer et remuer fortement la matière première. Ensuite, l’alliage qui a formé la poudre est pressé et formé. Il existe deux méthodes de pressage, à savoir le formage sous pression et le formage sans pression. Le but de cette étape est de donner une certaine forme et taille à l’embryon pressé, et de lui donner une certaine densité et résistance. Ensuite, lors du frittage plasma par décharge de blastoplasme, l'utilisation d'un poinçonnage supérieur et inférieur et d'une électrode électrique sera une alimentation électrique de frittage spécifique et une pression de pressage appliquée à la poudre frittée, après activation de la décharge, déformation thermoplastique et refroidissement pour terminer la préparation de matériaux en titane haute performance. Ensuite, l'alliage de titane fritté au plasma pour un traitement ultérieur, généralement un traitement thermique ou une transformation plastique.
3.2 Nouvelles utilisations des alliages de titane
Les alliages de titane étaient à leurs débuts largement utilisés dans le domaine aérospatial, principalement dans la production de moteurs d’avion ou de composants pneumatiques. Plus tard, avec le développement continu de la technologie, l'alliage de titane est entré dans la vie des gens ordinaires, dans les appareils d'usine ou domestiques ont également une figure en alliage de titane. Aujourd'hui, les pays et les institutions se démènent pour développer de nouveaux alliages de titane, afin qu'ils présentent les caractéristiques d'un faible coût et de hautes performances. Le nouveau développement des alliages de titane ces dernières années se concentre principalement sur les cinq aspects suivants.
(1) Alliage de titane médical
Les alliages de titane à faible densité et à bonne biocompatibilité sont des matériaux médicaux idéaux et peuvent même être implantés dans le corps humain. Les alliages de titane précédemment utilisés dans le domaine médical contiennent du vanadium et de l'aluminium, qui peuvent nuire au corps humain. Mais dans un avenir proche, des chercheurs japonais ont développé un nouveau type d'alliage de titane, avec une bonne biocompatibilité, mais l'alliage n'a pas encore été produit en masse, on pense que dans un avenir proche, un tel alliage de haute qualité pourra être largement utilisé. dans la vie quotidienne.
(2) Alliage de titane ignifuge
L'alliage à base de titane qui peut résister à la combustion sous certaines pressions, températures et débits d'air est un alliage de titane ignifuge. Les États-Unis, la Russie et la Chine ont développé de nouveaux alliages de titane à résistance, parmi lesquels les États-Unis appliqueront ces alliages de titane à résistance au moteur, car ces alliages de titane ne sont pas sensibles à la combustion et peuvent donc grandement améliorer la stabilité du moteur.
(3) type à haute résistance et ténacité
L'alliage de titane de type présente les caractéristiques d'une haute résistance, d'une bonne soudabilité et d'excellentes performances de travail à froid et à chaud. Les chercheurs utilisent cette loi, la préparation des caractéristiques de l'alliage de titane de type - sont très évidentes : bonnes performances de travail à chaud, bonne plasticité, bonnes performances de soudage. Et les propriétés mécaniques sont grandement améliorées après le traitement de vieillissement en solution. À l'heure actuelle, le Japon et la Russie préparent de tels alliages de titane.
(4) Composés de titane et d'aluminium
Comparé à l'alliage de titane général, le composé de titane et d'aluminium présente de bonnes performances à haute température, une bonne résistance à l'oxydation et une bonne résistance au fluage, et la densité est inférieure à celle de l'alliage de titane général. Ces excellentes caractéristiques destinées aux composés Ti-Al déclencheront un nouvel essor des alliages. Le nouvel alliage composé de titane et d'aluminium a été synthétisé aux États-Unis et est produit en série.
(5) Alliage de titane haute température
En combinant la méthode de solidification rapide et la méthode de métallurgie des poudres, l'alliage de titane préparé par un composite renforcé de fibres ou de particules présente d'excellentes caractéristiques mécaniques à haute température. La limite de température de l’alliage de titane haute température est beaucoup plus élevée que celle de l’alliage de titane ordinaire. À l'heure actuelle, les États-Unis ont préparé un nouvel alliage de titane haute température.
(6) Alliage de titane et de nickel
Un alliage de titane et de nickel, appelé « alliage à mémoire », est façonné selon une forme prédéterminée. Après avoir été façonné, s'il est déformé par des forces extérieures, il peut retrouver son aspect d'origine avec un peu de chaleur. Cet alliage peut être utilisé dans divers domaines tels que l’instrumentation et les appareils électroniques.
État actuel du développement des matériaux en alliage de titane en Chine
L'alliage de titane fait référence à une variété de métaux alliés constitués de titane et d'autres métaux. Ces dernières années, la Chine a fréquemment adopté des politiques visant à encourager la recherche et le développement, la production et l'application de matériaux en alliage de titane. Sur le marché mondial, les matériaux en alliage de titane sont principalement utilisés dans l’industrie aéronautique, l’industrie de la défense et d’autres industries. Parmi elles, la demande d'applications dans l'industrie aéronautique représente environ 50 %, principalement pour la fabrication d'avions et de moteurs. Dans la structure de la demande de matériaux en titane dans notre pays, les matériaux de traitement du titane sont principalement utilisés dans le domaine de l'industrie chimique, et la proportion de matériaux en titane utilisés dans l'aérospatiale nationale n'est que de 20 %, ce qui indique qu'il existe un grand potentiel sur le marché du titane. matériaux utilisés dans l'aviation dans notre pays. À l'heure actuelle, dans le domaine des alliages de titane haut de gamme, rares sont les entreprises capables de produire en masse des tiges et des fils en alliage de titane pour l'aviation militaire dans notre pays, ce qui constitue un modèle de concurrence « duopole ».
1. La politique encourage le développement de matériaux en alliage de titane
Les alliages de titane font référence à une variété de métaux alliés constitués de titane et d'autres métaux. De nombreux pays dans le monde ont réalisé l'importance des matériaux en alliage de titane, ont mené des recherches et des développements sur ceux-ci et ont été appliqués dans la pratique. Ces dernières années, la Chine a fréquemment adopté des politiques visant à encourager la recherche et le développement, la production et l'application de matériaux en alliage de titane. En 2019, selon les informations divulguées dans le catalogue d'orientation pour l'ajustement de la structure industrielle (projet 2019), matériaux en carbure cémenté à structure composite ultra-fine et ultra-grossière haute performance et produits de traitement en profondeur, matériaux en alliage de titane à faible module, résistants à la corrosion les matériaux en alliage de titane, les fixations en alliage de titane pour l'aérospatiale, etc. seront répertoriés comme projets encouragés pour l'ajustement de la structure industrielle.
2. Les matériaux en alliage de titane sont principalement utilisés dans les domaines aérospatial et militaire
Sur le marché mondial, les matériaux en alliage de titane sont principalement utilisés dans l’industrie aéronautique, l’industrie de la défense et d’autres industries. Parmi elles, la demande d'applications dans l'industrie aéronautique représente environ 50 %, principalement pour la fabrication d'avions et de moteurs. Dans la structure de la demande de matériaux en titane en Chine, les matériaux de traitement du titane sont principalement utilisés dans le domaine chimique. La différence la plus importante par rapport au monde se situe dans le domaine de l’aviation. Les matériaux en titane utilisés dans l'aviation ont toujours représenté environ 53 % de la demande totale de matériaux en titane dans le monde, tandis que la proportion de matériaux en titane utilisés dans l'aérospatiale nationale n'est que de 20 %, ce qui indique qu'il existe encore un grand potentiel sur le marché du titane. matériaux utilisés dans l'aviation en Chine.
Résumé
Le titane présente de nombreux avantages incomparables par rapport au métal, avec le progrès de la société, le développement de la science et de la technologie, le titane et l'alliage de titane seront plus largement utilisés, la demande humaine en titane et en alliage de titane augmentera et le coût de production élevé est l'un des principales raisons de limiter la promotion et l’utilisation du titane et des alliages de titane. Par conséquent, le développement et l’application d’un processus de production continu à faible coût, à grande échelle et respectueux de l’environnement peuvent rendre le titane et les alliages de titane plus largement utilisés.
