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L'alliage de titane est un alliage à base de titane auquel d'autres éléments ont été ajoutés. L'alliage de titane présente les caractéristiques d'une faible densité, d'une résistance spécifique élevée, d'une bonne résistance à la corrosion et d'une bonne performance de traitement. C'est un matériau de structure idéal pour l'ingénierie aérospatiale. De nombreux pays dans le monde ont reconnu l'importance des matériaux en alliage de titane et ont successivement mené des recherches et des développements sur ces derniers et ont obtenu des applications pratiques.
Histoire du développement des alliages de titane
① Le premier alliage de titane utilisable est l'alliage Ti-6Al-4V, développé avec succès par les États-Unis en 1954. En raison de sa bonne résistance à la chaleur, de sa solidité, de sa plasticité, de sa ténacité, de sa formabilité, de sa soudabilité, de sa résistance à la corrosion et de sa biocompatibilité, il est devenu l'alliage phare de l'industrie des alliages de titane. L'utilisation de cet alliage représente 75 à 85 % de tous les alliages de titane. De nombreux autres alliages de titane peuvent être considérés comme des modifications de l'alliage Ti-6Al-4V.
② Dans les années 1950 et 1960, les alliages de titane haute température pour les moteurs d'avion et les alliages de titane structurels pour les fuselages ont été principalement développés. Dans les années 1970, un lot d'alliages de titane résistants à la corrosion a été développé. Depuis les années 1980, les alliages de titane résistants à la corrosion et les alliages de titane à haute résistance ont été davantage développés. La température de fonctionnement des alliages de titane résistants à la chaleur est passée de 400 ℃ dans les années 1950 à 600-650 ℃ dans les années 1990. L'émergence des alliages à base d'A2 (Ti3Al) et de r (TiAl) a poussé l'utilisation du titane dans le moteur de l'extrémité froide (ventilateur et compresseur) du moteur à l'extrémité chaude (turbine) du moteur. Les alliages de titane structurels évoluent vers une résistance élevée, une plasticité élevée, une résistance élevée et une ténacité élevée, un module élevé et une tolérance élevée aux dommages.
③ De plus, depuis les années 1970, des alliages à mémoire de forme tels que Ti-Ni, Ti-Ni-Fe et Ti-Ni-Nb sont également apparus et sont de plus en plus largement utilisés en ingénierie.
Il existe des centaines d'alliages de titane développés dans le monde, et il existe 20 à 30 alliages les plus célèbres, tels que Ti-6Al-4V, Ti-5Al-2.5Sn, Ti-2Al-2.5Zr, Ti-32Mo, Ti-Mo-Ni, Ti-Pd, SP-700, Ti-6242, Ti-10-5-3, Ti-1023, BT9, BT20, IMI829, IMI834, etc.
Formes de corrosion des alliages de titane
Il est bien connu que le titane présente des caractéristiques de résistance à la corrosion, mais dans les environnements de production réels, les alliages de titane subissent différents types de corrosion. Voyons ce dont l'alliage de titane indestructible a le plus peur :
1. Corrosion caverneuse
Dans les interstices ou les défauts des composants métalliques, une corrosion locale se produit en raison de la stagnation des électrolytes formant des cellules électrochimiques[i]. Dans les solutions neutres et acides, la probabilité de corrosion de contact dans les interstices des alliages de titane est beaucoup plus élevée que dans les solutions alcalines. La corrosion de contact ne se produit pas sur toute la surface de l'interstice, mais conduit finalement à des dommages par perforation locale.
2. Phénomène de piqûres
Dans la plupart des solutions salines, le titane ne présente pas de corrosion par piqûres. Elle se produit principalement dans les solutions non aqueuses et les solutions bouillantes à haute concentration de chlorure. Les ions halogènes présents dans la solution corrodent le film de passivation à la surface du titane[ii] et se diffusent dans le titane pour provoquer une corrosion par piqûres. L'ouverture de piqûre est plus petite que sa profondeur, et certains milieux organiques se piquent également avec les alliages de titane dans les solutions halogènes. La corrosion par piqûres des alliages de titane dans les solutions halogènes se produit généralement dans des environnements à forte concentration et à haute température. De plus, la corrosion par piqûres dans les sulfures et les chlorures nécessite des conditions spécifiques et est limitée.
3. Fragilisation par l'hydrogène
La fragilisation par l'hydrogène, également appelée fissuration induite par l'hydrogène ou dommage par l'hydrogène, est l'une des causes des dommages précoces et de la défaillance des alliages de titane. Le film de passivation à la surface du titane et de ses alliages présente une résistance élevée. La sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène augmente avec l'augmentation de la résistance, de sorte que la sensibilité à la fragilisation par l'hydrogène du film de passivation est très élevée.
4. Corrosion par contact
Le film d'oxyde passif à la surface favorise le déplacement du potentiel du titane vers un potentiel positif, ce qui améliore la résistance à la corrosion des matériaux en titane aux milieux acides et aqueux. En raison du potentiel élevé à la surface de l'alliage de titane, il est inévitable que d'autres métaux en contact avec lui forment un circuit électrochimique et provoquent une corrosion de contact.
Français Les alliages de titane sont sujets à la corrosion de contact dans les deux types de milieux suivants : le premier type est l'eau du robinet, une solution saline, l'eau de mer, l'atmosphère, HNO3, l'acide acétique, etc. Le potentiel d'électrode stable du Cd, du Zn et de l'Al dans cette solution est plus négatif que celui du Ti, et le taux de corrosion anodique augmente de 6 à 60 fois ; le deuxième type est H2SO4, HCl, etc. Le titane peut être dans un état passivé ou dans un état activé dans ces solutions. Le premier type de corrosion en solution est courant dans le processus de corrosion de contact réel. L'anodisation est généralement utilisée pour former une couche modifiée sur la surface du substrat pour empêcher la corrosion de contact.
La principale limitation du titane et des alliages de titane est leur faible réactivité chimique avec d'autres matériaux à haute température. Cette propriété oblige les alliages de titane à se différencier des technologies traditionnelles de raffinage, de fusion et de moulage, et provoque même souvent des dommages au moule, ce qui rend le prix des alliages de titane très élevé. Par conséquent, il était principalement utilisé au début dans les domaines industriels de haute technologie tels que les structures aéronautiques, l'aéronautique et les industries pétrolières et chimiques.
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