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RÉSUMÉ
Les compositions chimiques et les morphologies de microstructure du titane, et de ses alliages, sont extrêmement variées. Il en découle un grand nombre de propriétés, résistance à la corrosion, à l’érosion et au feu, biocompatibilité, mais aussi des performances mécaniques excellentes, comparables à celles de l’acier, parmi elles la ductilité, la résistance, et la ténacité. Le développement des applications en aéronautique, aérospatial et chimique s’explique également par la précision, la légèreté et la souplesse des pièces mises en forme.
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Yves COMBRES : Ingénieur civil des Mines - Docteur en science et génie des matériaux - Ingénieur de recherche à CEZUS
INTRODUCTION
Ce n’est qu’en 1790 que l’élément titane (Ti dans la classification périodique des éléments) a été découvert par le moine anglais Gregor. Cependant, sa métallurgie extractive étant très difficile, il a fallu attendre les années 1940 pour que des solutions exploitables industriellement soient établies. La généralisation du procédé d’extraction du Ti pur par la méthode Kroll a permis un démarrage de l’industrie du titane vers 1950.
On peut schématiquement séparer les propriétés du titane et de ses alliages en deux classes :
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celle conditionnée par la nature de sa surface : la résistance à la corrosion est en effet excellente et, associée à une bonne souplesse de mise en œuvre, elle permet une utilisation croissante dans l’industrie chimique notamment ;
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celle des propriétés mécaniques qui sont élevées et d’un niveau comparable aux aciers ; comme la densité est en revanche plus faible, les alliages de titane sont des matériaux de choix dans l’aéronautique en particulier.
Ce sont ces deux classes qui vont induire les applications présentées au paragraphe 5.
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Propriétés mécaniques
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2. Propriétés induites par la nature de la surface
Il s’agit des propriétés de corrosion, d’érosion, de résistance au feu, de biocompatibilité, d’usure et de grippage.
2.1 Nature de la surface du titane et de ses alliages
Le titane est un métal extrêmement oxydable. Le tableau 3 montre que, dans la série des potentiels électrochimiques standards, il se place au voisinage de l’aluminium, entre le magnésium et le zinc.
L’une des causes de la résistance à la corrosion du titane et de ses alliages est le développement d’une couche protectrice de quelques fractions de micromètre, constituée d’oxyde majoritairement TiO2, mais il est reconnu qu’elle peut contenir d’autres variétés.
Cette couche est intègre et très adhérente. En cas de rayure de la surface, l’oxyde se reformera spontanément en présence d’air ou d’eau. De plus, cette couche est très stable sur une large gamme de pH, de potentiel et de température. Elle se forme sur tous les alliages, indépendamment de la composition chimique ou de la morphologie de la microstructure sous-jacente.
HAUT DE PAGE2.2 Corrosion
Bien que le titane soit chimiquement une espèce très réactive, il résiste de façon générale à la corrosion, et ce dans la plupart des conditions ; un défaut de résistance à la corrosion est quasiment toujours lié à un défaut du film d’oxyde protecteur.
HAUT DE PAGE
Des conditions très réductrices, ou des environnements très oxydants, ou encore la présence d’ions fluor, diminuent le caractère protecteur de cette couche d’oxyde (les réactifs d’attaque pour révéler les micrographies sont le plus souvent des mélanges fluoro-nitriques). La réactivité des solutions acides peut être néanmoins réduite par l’adjonction d’agents oxydants et/ou d’ions lourds métalliques. L’acide chromique ou nitrique et les sels de fer, nickel, cuivre ou chrome sont alors d’excellents...
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Propriétés induites par la nature de la surface
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DONACHE (M.J. Jr Ed.) - ASM international - Titanium : A technical Guide (1988).
-
(2) - Proceedings 4th World conference on Titanium - 4 volumes. Kimura & Izumi Eds, AIME (1980).
-
(3) - Proceedings 5th World conference on Titanium - 4 volumes. Lüetjering et al. Eds, DGM (1985).
-
(4) - Proceedings 6th World conference on Titanium - 4 volumes. Lacombe et al. Eds, Éditions de CNRS (1989).
-
(5) - Proceedings 7th World conference on Titanium - 4 volumes. Froes & Caplan Eds, TMS (1994).
-
(6) - Proceedings 8th World conference on Titanium - 3 volumes. Blenkinsop et al. Eds, The Institute of metals (1996).
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