Le titane est un élément métallique important portant le symbole chimique Ti et le numéro atomique 22 dans le tableau périodique. Il a un éclat métallique blanc argenté et possède d'excellentes propriétés telles qu'un point de fusion élevé, une faible densité, une résistance élevée et une forte ductilité. Titane est un matériau industriel crucial. Si vous souhaitez en savoir plus sur le titane, continuez à lire ci-dessous !
L'autre terme pour le titane
Le titane présente de nombreux avantages exceptionnels, tels que : une faible densité, une forte ductilité et une forte résistance à la corrosion, c'est pourquoi il est également connu sous le nom de « métal miracle », « métal spatial » ou « métal marin ».
L'histoire du titane
En 1791, le titane fut découvert en Angleterre par un géologue amateur. William Gregory. En 1795, le chimiste allemand Klaproth, faisant référence au nom des divinités Titan de la mythologie grecque, nomma ce nouvel élément « Titane ». Ce n'est qu'en 1910 que le chimiste américain Hunter a obtenu pour la première fois du titane pur à 99.9 % en réduisant le TiCl avec du sodium. En 1940, le scientifique luxembourgeois Kroll produisait également du titane pur en utilisant la méthode de réduction du magnésium. Depuis lors, la méthode de réduction du magnésium et la méthode de réduction du sodium sont devenues des procédés industriels pour la production de titane.
La couleur du titane
Le métal titane a l’apparence de l’acier, avec un éclat blanc argenté ou gris argenté, et c’est un métal de transition.
De quoi est fait le titane ?
Le titane est largement distribué, représentant environ 0.44 % de la croûte terrestre, et se trouve dans toutes les roches, sables, argiles et autres sols. Cependant, comme le titane réagit facilement avec l’oxygène, le titane pur ne se trouve pas dans la nature ; il existe principalement sous forme de dioxyde de titane. Les minerais de titane comprennent principalement l'ilménite et le rutile, et le titane pur peut être obtenu par purification de ces minéraux.
Comment est fabriqué le titane ?
Le titane est généralement produit à l'aide du Processus Kroll. Premièrement, le minerai de titane est chauffé pour produire du tétrachlorure de titane liquide (TiCl4). Ensuite, la purification se fait par distillation fractionnée. Après distillation, du magnésium fondu est ajouté pour le réduire sous forme « d’éponge ». L'éponge est ensuite fondue pour former des lingots, qui sont ensuite transformés en divers produits mécaniques tels que des tiges, des plaques, des feuilles et des tubes. Enfin, ces produits mécaniques sont ensuite traités et façonnés, et un traitement de surface est appliqué si nécessaire pour optimiser le produit.
Quels sont les principaux types de titane ?
Le titane possède deux types de structures polymorphes, à savoir la phase α et la phase β. Sur la base des caractéristiques polymorphes du titane, les alliages de titane peuvent être divisés en trois grandes catégories suivantes : les alliages de titane α, les alliages de titane β et les alliages de titane α+β.
Alliage de titane alpha
Les alliages de titane alpha sont divisés en alliages entièrement alpha et en alliages quasi-alpha. Ce sont des alliages monophasés composés d'une solution solide en phase alpha. Ils présentent de bonnes propriétés de travail à froid et à chaud, une structure stable et une forte résistance à l'oxydation.
Alliage de titane bêta
Les alliages de titane bêta sont divisés en alliages bêta stables, alliages bêta métastables et alliages quasi bêta. Ce sont des alliages monophasés composés d'une solution solide en phase bêta et présentent d'excellentes caractéristiques de résistance, atteignant des niveaux de résistance élevés. Ils possèdent également une forte résistance à la corrosion et une bonne soudabilité.
Alliage de titane α+β (Alpha+Beta)
Il s'agit d'un alliage biphasé doté de bonnes propriétés complètes, notamment une structure stable, une bonne ténacité, une bonne plasticité et une résistance à la déformation à haute température. L'alliage peut être renforcé grâce à des processus tels que le pressage à chaud, la trempe et le traitement de vieillissement.
Quelles sont les qualités courantes de titane ?
Niveau 1
Le titane pur commercial de grade 1 est le type de titane le plus doux et le plus ductile. Il offre une formabilité maximale, une excellente résistance à la corrosion et une résistance élevée aux chocs. C'est le matériau préféré pour les applications nécessitant une facilité de formage et il est couramment utilisé dans les industries de l'aérospatiale, de l'automobile et de la production d'énergie.
Niveau 2
Le titane pur commercial de grade 2 est le titane pur commercial le plus couramment utilisé, avec une résistance modérée et d'excellentes propriétés de formage à froid. Comparé à d'autres qualités commerciales de titane pur, le titane de grade 2 est légèrement plus faible que le grade 3 mais plus résistant que le grade 1, tout en offrant une résistance à la corrosion. En raison de sa résistance à la corrosion, il est couramment utilisé dans les industries marine, médicale, de production d’électricité et pétrolière.
Niveau 3
Le titane de grade 3 est le moins utilisé parmi les grades de titane pur commerciaux, mais cela ne diminue pas sa valeur. Il présente une résistance élevée, une bonne résistance à la corrosion et une bonne soudabilité. Sa résistance est supérieure à celle des grades 1 et 2, mais sa ductilité est inférieure à celle des deux autres grades. Il est couramment utilisé dans l’industrie maritime, l’aérospatiale et les industries de transformation chimique.
Niveau 4
Le titane de grade 4 est considéré comme le plus résistant parmi les grades de titane pur commerciaux, connu pour son excellente résistance à la corrosion, sa bonne formabilité et sa soudabilité. Il est couramment utilisé dans les industries aérospatiale, chimique et médicale pour des applications telles que les structures de cellule, les échangeurs de chaleur, le matériel chirurgical, etc.
Grade 5 ou Ti 6Al-4V
Le titane de grade 5, également connu sous le nom de Ti6Al-4V, est considéré comme le « cheval de bataille » des alliages de titane et est le plus couramment utilisé parmi tous les alliages de titane, représentant 50 % de l’utilisation mondiale totale du titane. Cet alliage se caractérise par sa légèreté, sa résistance extrêmement élevée, sa résistance à la chaleur, sa résistance à la corrosion et sa formabilité. Par conséquent, il est très apprécié dans l’industrie aérospatiale pour la fabrication de moteurs, de composants structurels et de fixations.
Grade 6 ou Ti 5Al-2.5Sn
Le titane de grade 6 a une stabilité extrêmement forte et maintient une bonne soudabilité et résistance même à des températures élevées. Il présente également d'excellentes propriétés de transformation. Il est couramment utilisé pour les carters de turbomachines, les composants d’avions et les pièces de traitement chimique.
Niveau 7
Le titane de grade 7 est similaire au titane de grade 2, à l'exception de l'ajout de palladium, élément interstitiel (de l'ordre de 0.12 % à 0.25 %), qui améliore sa capacité à résister à la corrosion caverneuse. Le grade 7 présente également une excellente soudabilité et est le plus résistant à la corrosion parmi tous les alliages de titane. Il est couramment utilisé dans la fabrication de produits chimiques, le dessalement de l’eau de mer et la production d’électricité.
Niveau 11
Le titane de grade 11, également connu sous le nom de CP Ti-0.15Pd, est un titane pur commercial similaire aux grades 1 et 2, avec l'ajout d'une petite quantité de palladium pour améliorer la résistance à la corrosion. Il peut être utilisé pour prévenir la corrosion caverneuse et réduire les acides dans les environnements chlorés. Le titane de grade 11 présente également une ductilité élevée, une formabilité à froid, une résistance utile, une résistance aux chocs et une excellente soudabilité. Il est couramment utilisé dans le traitement chimique et les échangeurs de chaleur.
Grade 12 ou Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
Le titane de grade 12, également connu sous le nom de Ti 0.3 Mo 0.8 Ni, est un alliage hautement résistant à la corrosion contenant de petites quantités de nickel et de molybdène. Ces éléments améliorent la résistance à la corrosion et augmentent la résistance de l'alliage. Il est couramment utilisé dans des applications telles que les navires ou les plates-formes de forage offshore.
Grade 23 ou Ti 6AL-4V ELI
Le titane de grade 123, également connu sous le nom de Ti 6Al-4V ELI, se caractérise par une ductilité élevée, une résistance élevée, une légèreté, une résistance à la corrosion et une ténacité élevée. C'est le choix préféré pour les applications dentaires et médicales.
Quelle qualité de titane est la meilleure ?
Le titane de grade 5 (Ti 6Al-4V) est connu comme le « cheval de bataille » car il représente la moitié de la demande de titane. En raison de sa large gamme de propriétés recherchées, il est devenu la nuance de titane la plus couramment utilisée. Le titane de grade 5 présente une résistance élevée, une ductilité élevée, une forte résistance à la corrosion, une excellente stabilité thermique et est facile à traiter et à façonner, ce qui le rend largement utilisé dans des industries telles que l'aérospatiale et la marine.
Quel est le prix du titane ?
Le coût du titane pur commercial est d'environ 23 à 25 dollars par kilogramme, tandis que le coût des alliages de titane est d'environ 27 à 30 dollars par kilogramme.
Quelle est la qualité de titane la moins chère ?
Actuellement, le prix du titane de grade 1 est relativement moins cher, principalement en fonction des exigences spécifiques de l'application et des conditions d'approvisionnement du marché.
Quelle qualité de titane est utilisée pour l'anodisation
Le titane de grade 2 et de grade 3 peut être utilisé pour le traitement d'anodisation.
Quelles sont les propriétés du titane ?
Voici les propriétés physiques et chimiques du titane :
Propriétés physiques
Densité: 4.5 grammes/centimètre cube
Couleur: Lustre métallique blanc argenté
Force: La résistance du titane dépend de la qualité du titane et de la concentration de ses éléments d'alliage.
Abondance: Le titane est le neuvième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, presque présent dans toutes les roches et sédiments.
Résistance à la température: Le titane peut résister à des températures plus élevées et plus basses que l’acier inoxydable et l’aluminium.
Ductilité: La ductilité du titane varie de 6 % d'allongement (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) à 25 % (grade 1 commercialement pur).
Propriété chimique
Oxydation: En raison de son fort potentiel d’oxydation, le titane n’existe pas sous sa forme pure dans la nature mais plutôt sous forme d’oxydes dans les roches et minéraux.
Réactivité: Il réagit avec les acides et les halogènes à haute température mais ne réagit pas du tout avec les alcalis.
Résistance à la corrosion: Le titane a une résistance extrêmement forte à la corrosion, résistant à la corrosion des acides, des alcalis et de l'eau de mer, car les molécules d'oxygène se combinent avec le titane pour former de l'oxyde de titane.
Usinabilité Il est facile de transformer en diverses formes de produits, tels que des tiges, des plaques, des tuyaux, etc.
Processus de fabrication du métal titane
Le procédé Kroll est utilisé pour convertir le titane brut en titane métallique. Les étapes de ce processus comprennent l’extraction, la purification, la production d’éponges, la fabrication d’alliages, ainsi que le façonnage et le formage.
extraction
Des concentrés de haute qualité sont extraits de minerais bruts tels que l’ilménite et le rutile et envoyés aux usines pour traitement. Après un prétraitement pour éliminer le fer, l'ilménite est placée dans un réacteur à lit fluidisé contenant du chlore et du carbone et chauffée à 900°C. Au cours de la réaction chimique, du tétrachlorure de titane et du monoxyde de carbone sont produits. Le tétrachlorure de titane contient des impuretés qui doivent être éliminées pour préparer du dioxyde de titane.
Purification
Le tétrachlorure de titane est soumis à une distillation sous vide à haute température pour être purifié. Le métal produit lors du processus d’extraction est chauffé dans de grandes cuves de distillation. Le processus de purification utilise une distillation fractionnée et une précipitation pour séparer les impuretés. En raison des différents points d’ébullition des différents éléments, au cours du processus de distillation, divers éléments sont éliminés lorsqu’ils atteignent leur point d’ébullition. Les impuretés éliminées comprennent le vanadium, le silicium, le magnésium, le zirconium et le fer.
Formation d'éponges
Avec la formation d'une éponge, le tétrachlorure de titane purifié est versé dans des récipients de réaction en acier inoxydable sous forme liquide. Du magnésium est ajouté et le mélange est chauffé à 1100 XNUMX °C pour réagir avec le chlore afin de produire du chlorure de magnésium. Le gaz argon est pompé pour éliminer l'air, empêchant ainsi les réactions avec l'oxygène et l'azote. Le titane produit est extrait par forage et traité avec un mélange d'eau et d'acide chlorhydrique pour éliminer l'excès de magnésium et de chlorure de magnésium. Le titane obtenu se présente sous forme d’éponge.
Création d'alliage
Le titane spongieux pur est mélangé à divers alliages et ferraille pour fabriquer des alliages. Après avoir fondu et mélangé les métaux dans des proportions appropriées, les morceaux sont compactés et soudés pour former des électrodes en éponge. Ceux-ci sont fondus dans un four à arc sous vide pour former des lingots destinés à une transformation ultérieure en divers produits industriels et commerciaux.
Façonnage et formage
Les lingots sont retirés du four, inspectés, emballés et transportés pour la fabrication de produits en alliage de titane. Les propriétés de chaque lingot sont inspectées pour garantir qu'elles répondent aux exigences du client. Les lingots subissent différents processus tels que le soudage, le façonnage, le moulage, le forgeage et la métallurgie des poudres au cours du processus de fabrication du produit.
Quels sont les avantages du titane ?
Haute résistance
Le titane possède une excellente résistance, ce qui en fait l’un des métaux les plus résistants du tableau périodique. En raison de sa faible densité, le titane est également très léger.
Résistance à la corrosion
Le titane réagit facilement avec l'oxygène, formant une fine couche d'oxyde à sa surface, qui offre une résistance naturelle à la corrosion.
Biocompatibilité
Le titane est non toxique et biocompatible avec les humains et les animaux. Le titane est donc fréquemment utilisé dans les industries médicale et dentaire.
Coefficient de dilatation thermique faible
Le titane a un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui entraîne une dilatation et une contraction minimales à des températures extrêmes, conduisant à une plus grande stabilité structurelle.
Point de fusion élevé
Le titane a un point de fusion extrêmement élevé (environ 1668 XNUMX °C), ce qui le rend parfaitement adapté aux applications à haute température telles que les fonderies et les turboréacteurs.
Excellentes possibilités de fabrication
Bien qu’il s’agisse d’un métal très résistant, le titane est également mou et ductile. Cela permet de fabriquer des composants en titane à l'aide de divers procédés de fabrication.
Quelles sont les limites du titane ?
Cher
Le titane est considéré comme un métal rare et sa purification est à la fois coûteuse et complexe.
Difficile à façonner
Des machines avancées et des équipements spécialisés sont nécessaires pour lui donner des formes utiles.
Réagit à des températures élevées
Cela rend la fabrication de titane pur et d’alliages de titane lourde et hautement contrôlée. La production de titane doit être réalisée dans des environnements anaérobies strictement contrôlés.
Mauvaise conductivité thermique
Le titane est un matériau à faible conductivité thermique, ce qui le rend difficile à traiter.
Quelles sont les applications du titane ?
Industrie aerospatiale
Les alliages de titane sont valorisés dans le aérospatial l'industrie pour leur rapport résistance/densité élevé, leur résistance à la corrosion et leur capacité à résister à des températures modérées sans fluage.
Automobile
Le titane est privilégié dans l'industrie automobile en raison de sa faible densité, de son rapport résistance/poids élevé, de sa résistance à la corrosion et de sa résistance à la chaleur.
Industrie
Le titane est largement utilisé dans les environnements industriels en raison de sa haute résistance, de sa résistance à la corrosion, de sa légèreté et de sa durabilité. Ses applications incluent les échangeurs de chaleur, les vannes, les tuyaux et les bielles.
Droit médical
Le titane est non toxique et biocompatible avec les os humains, ce qui le rend parfaitement adapté aux applications médicales. Il possède des propriétés inhérentes pour l’intégration osseuse et peut être utilisé pour les implants dentaires pouvant durer plus de 30 ans, ce qui est également utile pour les applications d’implants orthopédiques.
Effets du titane métallique sur la santé et l'environnement
Effets du titane sur la santé
Le titane métallique est un matériau biocompatible doté d’une excellente biocompatibilité et non toxique. Il est couramment utilisé dans les instruments médicaux et les implants et n’a pas d’effets nocifs sur le corps humain.
Effets environnementaux du titane
Le titane ne libère pas de substances toxiques, évitant ainsi les impacts environnementaux négatifs. Cependant, pendant le processus de production du titane, certains déchets ou émissions de gaz d'échappement peuvent être générés. Néanmoins, grâce à une gestion efficace et à des mesures de traitement proactives, l’impact environnemental peut être minimisé autant que possible.
FAQ
Le titane est-il résistant à la rouille ?
Oui, les alliages de titane ont une excellente résistance à la corrosion et peuvent résister à l’érosion de nombreux produits chimiques.
Le titane est-il magnétique ?
De manière générale, le titane pur est généralement non magnétique car la structure cristalline du titane pur ne supporte pas le magnétisme. Cependant, certains alliages de titane peuvent présenter un magnétisme, en fonction des types et des concentrations d'éléments d'alliage.
Le titane est-il pare-balles ?
Oui, le titane a des capacités pare-balles pour les armes de poing et les fusils de chasse, mais pour les équipements de qualité militaire, le titane n’est pas pare-balles.
Quelle est la différence entre le titane et l'aluminium ?
Caractéristiques des matériaux
Le titane a une résistance et une résistance à la corrosion plus élevées que aluminium, tout en étant plus léger que l'aluminium, mais il est plus coûteux. L'aluminium est un métal léger avec une bonne conductivité thermique et électrique et un coût inférieur à celui du titane.
Applications
Le titane est couramment utilisé dans les applications nécessitant une résistance élevée et une résistance à la corrosion, telles que les dispositifs aérospatiaux et médicaux. L'aluminium a une plus large gamme d'applications, notamment l'aérospatiale, l'automobile, la construction et l'électronique.
Difficulté de traitement
En raison de sa résistance supérieure et de sa résistance à la corrosion, le titane est plus difficile à traiter, ce qui nécessite des équipements et des techniques de traitement de plus haut niveau. En revanche, l’aluminium est relativement facile à traiter et peut être usiné et formé à l’aide de méthodes conventionnelles.
Quelle qualité de titane est utilisée pour l’impression 3D ?
Le titane de grade 5, également connu sous le nom de Ti-6Al-4V, est couramment utilisé dans l'impression 3D en raison de son excellent rapport résistance/poids et de sa biocompatibilité.
Conclusion
Cet article présente ce qu'est le titane, son historique de développement, les types de titane, la classification des nuances de titane, des informations de base sur ses caractéristiques, etc. Le processus de formation des alliages de titane est principalement expliqué à l'aide de la méthode Kroll, ainsi que les avantages et les inconvénients du titane. et ses domaines d'application.
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