En 1948, la société américaine DuPont a utilisé la méthode de réduction du magnésium pour produire en masse de l'éponge de titane - cela marque le début de la production industrialisée de l'éponge de titane. Le titane et l'alliage de titane sont également largement utilisés dans divers domaines en raison de leur résistance spécifique élevée, de leur bonne résistance à la corrosion et de leur résistance à la chaleur. L'alliage de titane est utilisé dans l'industrie aéronautique depuis plus d'un demi-siècle ; ces dernières années, dans le domaine des téléphones portables 3C, Huawei, Apple, Xiaomi, Glory et autres ont été importés dans la coque en titane, et de plus en plus de fabricants de téléphones 3C devraient utiliser l'alliage de titane. Pourquoi l'alliage de titane est-il si largement plébiscité ?
Propriétés du titane
Résistance spécifique élevée: 1,3 fois celle de l'alliage d'aluminium, 1,6 fois celle de l'alliage de magnésium, 3,5 fois celle de l'acier inoxydable, le champion des matériaux métalliques.
Résistance thermique élevéeLa température d'utilisation est supérieure de plusieurs centaines de degrés à celle de l'alliage d'aluminium et peut fonctionner longtemps à une température de 450-500℃.
Bonne résistance à la corrosionRésistance à la corrosion : résistance à la corrosion acide, alcaline et atmosphérique, résistance extrême aux piqûres et à la corrosion sous contrainte.
Bonne performance à basse températureL'alliage de titane Ti-5Al-2,5Sn avec des éléments interstitiels déficients peut maintenir un certain degré de plasticité à -253℃.
Activité chimique élevéeLes produits de l'industrie de l'acier sont les suivants : une activité chimique élevée à haute température, une réaction chimique efficace avec l'hydrogène, l'oxygène et d'autres impuretés gazeuses présentes dans l'air pour générer une couche durcie.
Faible conductivité thermiqueLa conductivité thermique est d'environ 1/4 de celle du nickel, 1/5 de celle du fer et 1/14 de celle de l'aluminium.
Classification et utilisation des alliages de titane
Les alliages de titane peuvent être classés en alliages résistants à la chaleur, alliages à haute résistance, alliages résistants à la corrosion (alliages titane-molybdène, titane-palladium, etc.), alliages à basse température et alliages à fonctions spéciales (matériaux de stockage d'hydrogène titane-fer, alliages à mémoire titane-nickel). Bien que le titane et ses alliages aient été utilisés brièvement, ils ont reçu plusieurs titres honorifiques pour leurs performances exceptionnelles. Le premier titre est celui de "métal spatial", qui est léger, très solide et résistant aux températures élevées, particulièrement adapté à la fabrication d'avions et de divers engins spatiaux. À l'heure actuelle, environ 75% du titane et des alliages de titane produits dans le monde sont utilisés dans l'industrie aérospatiale. De nombreuses pièces initialement fabriquées en alliages d'aluminium ont été remplacées par des alliages de titane.
Applications aérospatiales des alliages de titane
Alliages de titane sont principalement utilisés pour fabriquer des matériaux pour avions et moteurs, comme le forgeage de ventilateurs en titane, de disques et d'aubes de pressuriseur, de capots de moteur, de dispositifs d'échappement et d'autres pièces, ainsi que de poutres d'avion, de cadres de compartiment et d'autres pièces de cadre structurel. Les engins spatiaux utilisent principalement des alliages de titane à haute résistance, résistants à la corrosion et aux basses températures pour fabriquer divers récipients sous pression, réservoirs de stockage de carburant, fixations, sangles d'instruments, cadres et enveloppes de fusée. Les satellites artificiels de la Terre, les modules lunaires, les vaisseaux spatiaux habités et les navettes spatiales utilisent également des plaques soudées en alliage de titane.
En 1950, les États-Unis ont utilisé pour la première fois le chasseur-bombardier F-84 comme bouclier thermique à l'arrière du fuselage, pare-brise, capot de queue et autres composants non porteurs. Dans les années 1960, ils ont commencé à utiliser des pièces en alliage de titane de l'arrière du fuselage jusqu'au milieu du fuselage, remplaçant partiellement l'acier de construction pour la fabrication de cadres d'espacement, de poutres, de volets, de glissières et d'autres pièces non porteuses. important les éléments porteurs. Dans les Dans les années 1970, les avions civils ont commencé à utiliser de nombreux alliages de titane, comme le Titane de l'avion de ligne Boeing 747, qui pesait plus de 3640 kilogrammes et représentait 28% du poids - avec le développement de la technologie de traitement, les fusées, les satellites et les engins spatiaux ont également utilisé beaucoup d'alliages de titane. Plus l'avion est perfectionné, plus le titane est utilisé. Le chasseur américain F-14A utilise un alliage de titane, représentant environ 25% du poids de l'appareil ; le chasseur F-15A 25,8% ; les chasseurs américains de quatrième génération avec 41% de titane pour son moteur F119 avec 39% de titane, c'est la quantité actuelle de titane la plus élevée des avions.
Raisons de l'utilisation intensive des alliages de titane dans l'aérospatiale
Pourquoi le matériau utilisé pour les avions de transport aérien doit-il être le titane ?
Les avions modernes naviguent à une vitesse maximale de plus de 2,7 fois la vitesse du son. Voler à des vitesses supersoniques génère beaucoup de chaleur en raison de la friction entre l'avion et l'air. Lorsque la vitesse de vol atteint 2,2 fois la vitesse du son, l'alliage d'aluminium ne peut pas résister et il faut utiliser un alliage de titane résistant aux hautes températures. Lorsque le rapport poussée/poids des moteurs aéronautiques passe de 4 à 6 à 8 ou 10, la température de sortie des gaz sous pression passe de 200 à 300 ℃ à 500 ou 600 ℃, les disques et aubes de gaz sous pression à basse pression d'origine en aluminium doivent être remplacés par un alliage de titane.
Ces dernières années, les scientifiques ont travaillé sur les performances des alliages de titane et font constamment de nouveaux progrès. Les alliages originaux de titane, d'aluminium et de vanadium étaient composés d'un alliage de titane, avec une température de fonctionnement maximale de 550 ℃ ~ 600 ℃. Dans l'alliage titane-aluminium (TiAl) récemment mis au point, la température maximale de fonctionnement est passée à 1040 ℃. Au lieu de l'acier inoxydable, l'alliage de titane peut être utilisé pour fabriquer des disques et des aubes de compresseurs à haute pression, ce qui permet de réduire les coûts d'exploitation. peut réduire le poids de la structure. Les avions peuvent économiser 4% de carburant pour chaque réduction de poids de 10%. Pour les fusées, chaque réduction de poids de 1 kg permet d'augmenter la portée de 15 km.
3C Applications des alliages de titane
Actuellement, l'industrie de l'électronique grand public représentée par les téléphones portables est très "révolutionnaire" ; le chef des fabricants espère emprunter l'alliage de titane pour améliorer la capacité premium du produit.
Huawei, Apple, Millet, Glory et d'autres téléphones portables ont importé ce matériau. Apple, à partir de la série de montres Ultra, a commencé à normaliser le boîtier en alliage de titane.sHuawei a lancé en 2022 un téléphone à écran pliable, le Mate Xs2, dont les pièces structurelles sont en alliage de titane, et le Watch4 Pro, qui utilise une lunette en alliage de titane. Sorti le 12 octobre, le Glory Magic Vs2, téléphone phare léger et fin à grand écran pliable, utilise des charnières en titane de Lupin et d'autres matériaux innovants. La nouvelle machine Millet 14 a le prix le plus élevé, la version 14Pro en titane.
Il est rapporté que Samsung utilisera un cadre central en alliage de titane sur le Galaxy S24 Ultra ; la partie centrale du cadre est similaire à la couleur titane originale de l'iPhone 15 Pro.
Dans l'ensemble, l'alliage de titane, avec sa résistance spécifique élevée et ses avantages en termes de légèreté, est fortement encouragé en tant que raison essentielle. Les produits électroniques grand public peuvent ainsi être plus légers et l'expérience du consommateur sera plus confortable.
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