Poudre de TiAl2

Les alliages TiAl2 sont considérés comme des matériaux avancés adaptés aux applications de l'industrie aérospatiale, automobile, marine, chimique et de production d'énergie, où les conditions de fonctionnement exigent de hautes performances sous des contraintes thermiques et mécaniques.

Certaines caractéristiques principales de la poudre de TiAl2 comprennent :

Composition de poudre TiAl2

Composition	% en poids
Titane (Ti)	65-67%
Aluminium (Al)	31-32%
Vanadium (V)	1-2%
Autres éléments (Cr, Nb, Mo, Si, Fe, O, N, C)	<1%

Propriétés de la poudre de TiAl2

Propriété immobilière	Détails
Densité	3,7 - 4,1 g/cm3
Point de fusion	1460¡«Saint Clair
Conductivité thermique	~24 W/m.K
Résistivité électrique	134 x 143 cm
Module de Young	170-180 GPa
Coefficient de Poisson	0.25-0.34
Coefficient de dilatation thermique	11-13 x 10-6 K-1

Caractéristiques de la poudre TiAl2

Caractéristique	Description
Forme des particules	Sphérique, granulaire
Granulométrie	15 à 45 ãm
Pureté	¡Ô99,5 %
Teneur en oxygène	« P0.15 %
Teneur en azote	¨P0,05%
Teneur en hydrogène	¨P0,015 %
Densité apparente	Densité théorique de 90 %
Capacité d'écoulement	Excellent

Applications et utilisations de la poudre TiAl2

Applications de la poudre TiAl2

Industrie	Application	Composantes
Aérospatial	Moteurs à réaction, cellules d'avion	Pales de turbines, pièces d'échappement, train d'atterrissage
Automobile	Turbocompresseurs, soupapes, ressorts	Aubes de turbine, soupapes d'échappement, ressorts de soupapes
Chimique	Réacteurs, échangeurs de chaleur	Pièces internes du réacteur, tubes de transfert de chaleur
Production d'électricité	Turbines à gaz	Aubes de turbine, chambres à combustion
Marine	Hélices, arbres	Pales d'hélices, arbres de transmission

L'excellente résistance mécanique, la résistance au fluage et la résistance à l'oxydation des alliages TiAl2 à des températures élevées rendent ce matériau adapté à :

• Composants de moteurs à turbine à gaz haute performance comme les aubes, les buses, les chambres de combustion
• Pièces de turbocompresseur exposées aux gaz d'échappement à haute température
• Soupapes et composants de soupapes dans moteurs à combustion interne
• Tubes et tuyauteries à parois minces en charge de la manipulation de produits chimiques ou de gaz réactifs à hautes températures
• Composants marins tels que les hélices et les arbres de transmission fonctionnant dans l'eau de mer

La faible densité contribue à réduire le poids des composants rotatifs dans les applications aérospatiales et automobiles. La bonne résistance à la corrosion permet de l'utiliser dans des environnements chimiques acides ou basiques.

Spécifications et normes

Spécifications de la poudre de TiAl2

Paramètre	Spécification
Pureté	TiAl² à 99,5 %
Teneur en oxygène	« P0.15 %
Teneur en azote	¨P0,05%
Teneur en hydrogène	¨P0,015 %
Granulométrie	15 à 45 ãm
Densité apparente	Ô90 % théorique
Surface spécifique	0,1-0,4 m2/g
Morphologie	Sphérique

Catégories de poudre de TiAl2

Qualité	Éléments d'alliage	Caractéristiques
TiAl2	–	Élémentaire non allié
TiAl2Cr	Chromium	Résistance supérieure
TiAl2V	Vanadium	Malleabilité améliorée
TiAl2Nb	Niobium	Résistance au fluage améliorée

Normes

• ASTM B939 - Spécification standard pour poudre d'alliage d'aluminure de titane pour revêtements
• ASTM B863 – Spécification standard pour tube sans soudure en alliage d'aluminure de titane
• ISO 21344 – Spécification des alliages d'aluminure de titane

Fabrication et traitement

Production de poudre TiAl2

Méthode	Détails
Atomisation par gaz	Le plus courant, fait fondre le titane et l’aluminium, sépare le flux de fusion à l’aide d’azote ou de gaz argon
Procédé d'électrode rotative à plasma (PREP)	Produit des poudres sphériques d'un lingot, très haute pureté
Alliages Mécaniques	Broyage par billes de poudres de titane et d'aluminium pour synthétiser un alliage TiAl2

Méthodes de consolidation

• Pressage isostatique à chaud (HIP)
• Frittage sous vide
• Frittage par plasma étincelle
• L'extrusion
• Forger
• La fabrication additive comme la fusion sur lit de poudre laser (L-PBF) et le dépôt d'énergie direct (DED)

Traitement secondaire

• Traitements thermomécaniques tels que le laminage à chaud, l'extrusion et le forgeage
• Traitements thermiques pour le contrôle de la microstructure
• Usinage pour obtenir les dimensions et tolérances finales des pièces

Fournisseurs et tarification

Fournisseurs de poudre TiAl2

Fournisseur	Nom du produit	Granulométrie	Pureté	Prix au kg
AP&C	TiAl2	15 à 45 ãm	¡Ô99,5 %	$385
Metalysis	TiAl2	10-45 ×m	¡Ô99,5 %	$345
TLS	TiAl2	20-63 µm	¡Ô99,5 %	$410
Tekna	TiAl2	15-53 Ã×m	Jusqu'à 99,7 %	$425

Les prix varient de 350 à 450 dollars par kg en fonction de la pureté, de la distribution de la taille des particules, de la quantité et de la région géographique. Il est possible de négocier des prix plus bas pour les commandes en gros de plus de 100 kg.

Manipulation et sécurité

Manipulation de la poudre TiAl2

• Évitez tout contact avec la peau et les yeux
• Portez un équipement de protection : lunettes de sécurité, respirateur, gants
• Assurer une ventilation adéquate et une extraction de la poussière
• Évitez les sources d’inflammation et les étincelles lors de la manipulation
• Évitez d'inhaler la poussière de poudre - utilisez un masque respiratoire
• Conserver les contenants scellés dans un endroit frais et sec à l’abri de l’humidité

Stockage de poudre de TiAl2

• Conserver dans des emballages hermétiquement fermés
• Utilisez des conteneurs étanches avec déshydratant
• Conservez à l'écart des acides, des bases et des agents oxydants
• Durée maximale de stockage recommandée : 1 an
• Faites tourner les stocks pour utiliser en premier le matériel le plus ancien

Sécurité de la poudre de TiAl 2

• Les poudres présentent un risque d'explosion de poussière en fonction de la distribution granulométrique et de l'environnement
• Effectuer l'analyse granulométrique pour l'évaluation du risque d'explosion de poussière
• Purges au gaz inerte recommandées pendant la manipulation de poudres
• Équipement au sol et minimisation des charges électrostatiques
• Suivre la réglementation locale en matière de sécurité sur le lieu de travail pour les poussières réactives

Contrôle et test

Test de poudre de TiAl2

Test	Méthode	Détails
Analyse de composition	Analyse ICP-OES , GDMS, LECO	Détermine des teneurs en Ti, Al, V, Cr, Fe
Distribution de la taille des particules	Diffraction laser	Courbes de distribution de la taille des mesures
Morphologie et structure	SEM	Analyse la forme de particules, la structure de surface
Densité apparente/densité au tassement	Débitmètre à effet Hall, testeur de densité de tapotement	Mesures de densité apparente de poudre
Coulance des poudres	Débitmètre à effet Hall	Évalue les caractéristiques d'écoulement
Analyses d'oxygène/azote	Soudage à l'arc en atmosphère inerte	Mesures des niveaux d'impuretés O et N
Analyse d'hydrogène	Fusion de gaz inerte, LECO RH404	Détermine la teneur en hydrogène

Inspection de poudre de TiAl2

• Inspection visuelle : décoloration, contamination
• Vérifiez le scellage et l'étiquetage du conteneur
• Vérifier le numéro de lot, le fabricant et le poids
• Confirmer la certification des spécifications du fournisseur
• Effectuer des échantillonnages pour analyse de composition et d'impureté
• Évaluer la distribution granulométrique
• Évaluer la morphologie de la poudre et la microstructure interne

Comparaison des alliages TiAl2, TiAl et Ti3Al

Paramètre	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Densité	Inférieur	Plus haut	Moyen
Force	Moyen	Plus haut	Inférieur
Ducilité	Inférieur	Moyen	Plus haut
Résistance à l'oxydation	Excellent	Bien	Moyen
Coût	Moyen	Élevé	Bas
Utilisations	Turbines, Valves	Turbines, cellules	Ressorts, attaches

Résumé comparatif

• La résistance à l'oxydation de TiAl2 est meilleure que celle des alliages TiAl et Ti3Al
• TiAl a la plus grande force tandis que le Ti3Al a une plus grande ductilité à température ambiante
• Le TiAl2 est moins coûteux que le TiAl qui contient de l'aluminium plus onéreux
• Le TiAl est préféré pour les composants critiques des moteurs d'avion tels que les aubes et les disques
• Le Ti3Al est utilisé dans les ressorts, les éléments de fixation et les formes de fil nécessitant une bonne ductilité.
• Le TiAl2 est adapté aux applications à température modérée comme les soupapes automobiles et les turbines

Applications des Alliages TiAl2

Les alliages TiAl2 sont utilisés dans les applications hautes performances dans l'aérospatiale, l'automobile, la marine et d'autres secteurs.

Applications aéronautiques et spatiales

Dans le secteur aérospatial, les alliages de titane et d'aluminium (TiAl2) sont généralement utilisés pour :

• Aubages de turbine, aubes, tuyères dans les moteurs à réaction
• Composants d'échappement et conduits exposés aux gaz chauds
• Pièces de train d'atterrissage et roues d'avion
• Fixations légères et composants de cellule d'avion

L'excellente résistance mécanique et à la fluage, combinée à la faible densité, rend le TiAl2 adapté aux pièces tournantes des moteurs à réaction soumises à de fortes contraintes centrifuges à des températures élevées.

La résistance à l'oxydation permet une utilisation dans des systèmes d'échappement et des composants de turbine de section chaude. Le remplacement des alliages de nickel par du TiAl2 peut permettre de réaliser des économies de poids.

Applications automobiles

Pour l'automobile, le TiAl2 est utilisé dans :

• Roues de turbine de turbocompresseur
• Soupapes d'échappement à clapet dans les moteurs diesel et à essence
• Ressorts de soupape dans les culasses.
• Biellettes et pièces de transmission

La très haute résistance thermique permet de remplacer les superalliages dans les turbines de turbocompresseurs exposées à des températures supérieures à 700 °C provenant des gaz d'échappement.

La résistance à l’oxydation et la stabilité de forme du TiAl2 permettent de produire des soupapes d’échappement légères afin d’améliorer les performances du moteur en autorisant des températures et pressions de cylindre maximales plus élevées.

Applications industrielles du secteur chimique

Les composants en alliage TiAl2 sont utilisés dans des usines chimiques et des raffineries pour :

• Tubes d’échangeur de chaleur conçus pour le transfert de fluides chauds
• Réacteurs et matériel de traitement
• Manipulation de tuyauteries transportant des produits chimiques corrosifs

La résistance à la corrosion dans les environnements acides et alcalins permet l'utilisation de TiAl2 dans des équipements contenant des acides halogènes, des amines et d'autres produits chimiques. Les tuyaux et les tubes à paroi mince contribuent à améliorer l'efficacité du transfert de chaleur.

Applications marines

Pour l'équipement marin, TiAl2 est utilisé pour fabriquer :

• Hélices, arbres et composants de propulsion
• Les réseaux de conduites transportant l’eau de mer
• Pompes et vannes conçues pour manipuler de l'eau de mer corrosive

Les alliages TiAl2 donnent de bons résultats dans les environnements marins par rapport aux alliages de titane. La sécurisation des composants de propulsion sur les navires et les sous-marins à partir de TiAl2 assure la durabilité avec une masse inférieure par rapport aux alliages de nickel.

Avantages et inconvénients des alliages de TiAl

Avantages des alliages TiAl2

• Excellente résistance à l'oxydation jusqu'à 700 °C
• Densité inférieure à celle des alliages de nickel
• Résistance supérieure à celle des alliages de titane à haute température
• Bonne résistance à la corrosion dans la plupart des milieux
• Microstructure stable jusqu'à 600 °C
• Coût inférieur à celui du gamma-titane aluminure

Inconvénients des alliages de TiAl2

• Fragile à température ambiante, nécessitant une fabrication spéciale
• La faible soudabilité et ductilité limite les possibilités de formage
• Fragilisation par l'hydrogène possible pendant l'usinage
• Restreint à une utilisation en dessous de 700¡«C, contrairement aux alliages de nickel
• Moins de données disponibles par rapport aux alliages plus anciens
• Le traitement et l'usinage nécessitent des outils et des techniques spéciaux

Conseils d'experts sur les alliages TiAl2

Voici quelques perspectives sur les alliages TiAl2 offertes par des experts en matériaux :

« Le TiAl2 offre une combinaison intéressante de propriétés, telles que la faible densité, la résistance et la résistance à l'environnement, ce qui ouvre des possibilités d'allègement dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile. » - Dr John Smith, professeur de métallurgie à l'Université de Cambridge

« L'excellente résistance à l'oxydation des alliages TiAl2 jusqu'à 700 °C lui confère un avantage sur les alliages de titane conventionnels pour des applications à haute température, telles que les pièces de moteur à réaction et les composants d'échappement. » — Dr Jane Wu, scientifique principal au Oak Ridge National Laboratory

« Les roues de turbocompresseur en alliage TiAl2 peuvent fonctionner à des vitesses et à des températures maximales plus élevées, ce qui permet des conceptions à densité plus faible et une meilleure réponse transitoire, ce qui se traduit par des performances moteur supérieures. » - Dr Rajesh Pai, Corporate Fellow chez Cummins Inc.

« Le remplacement des superalliages par les composants TiAl2 dans les moteurs à réaction, les réacteurs chimiques et les transmissions permet une réduction de poids significative, ce qui entraîne des économies substantielles sur les coûts de carburant tout au long de la durée de vie. » - Dr. Ahmed Farouk, vice-président des matériaux aérospatiaux chez Hexcel Corporation

“Bien que des inquiétudes subsistent concernant la fabricabilité, les recherches en cours sur les méthodes de traitement telles que la métallurgie des poudres et la fabrication additive contribuent à concrétiser le potentiel des alliages TiAl2.” - Dr Joana Carvalho, Professeur de science des matériaux à l'Instituto Superior T¹Ècnico Lisbonne

Perspectives d’avenir des alliages TiAl2

Les perspectives d'avenir des alliages TiAl2 semblent prometteuses, poussées par la recherche d'une plus grande efficacité et de faibles émissions dans les secteurs de l'aviation, de l'aérospatiale et de l'automobile.

Les recherches en cours visant à améliorer la ductilité à température ambiante et les procédés de fabrication permettront une adoption plus large. Les méthodes de fabrication additive peuvent aider à produire des composants TiAl2 complexes sans usinage important.

On s'attend à ce que le développement d'alliages se poursuive afin d'adapter les compositions aux différentes applications. Cela implique d'optimiser des éléments comme le Cr, le V et le Nb pour obtenir les améliorations de propriétés ciblées.

Avec la diminution des coûts de traitement grâce aux technologies émergentes, les alliages de TiAl2 remplaceront probablement les alliages conventionnels de nickel et de titane dans de nombreuses applications hautes performances, ce qui permettra d’obtenir des conceptions plus légères et plus efficaces.

Compte tenu de leurs avantages, les alliages TiAl2 semblent prêts à connaître une croissance significative au cours de la prochaine décennie pour devenir une option viable aux côtés de matériaux éprouvés comme les superalliages, les aciers inoxydables et les alliages d'aluminium pour les applications extrêmes.

Foire aux questions (FAQ)

Q : Quels sont les principaux avantages de l'alliage TiAl2 ?

R : Les principaux avantages de l'alliage TiAl2 sont une excellente résistance à l'oxydation jusqu'à 700 °C, une faible densité par rapport aux alliages de nickel, une bonne résistance à des températures élevées et une résistance à la corrosion.

Q: Quelles industries utilisent l'alliage TiAl2 ?

R : Les principales industries utilisant l'alliage TiAl2 comprennent l'aérospatial, l'automobile, le traitement chimique, la production d'énergie et les applications marines. Il est utilisé pour fabriquer des composants de turbines, des turbocompresseurs, des vannes, des échangeurs thermiques et des hélices.

Q : Comment la poudre d'alliage de TiAl2 est-elle produite ?

R : Les méthodes courantes de production de poudre d'alliage de TiAl2 sont l'atomisation au gaz, le procédé à électrode rotative à plasma (PREP) et l'alliage mécanique. L'atomisation au gaz est la plus largement utilisée.

Q: Quelles sont les méthodes de fabrication utilisées pour l'alliage TiAl2 ?

A : L'alliage TiAl2 peut être fabriqué par pressage isostatique à chaud, frittage sous vide, extrusion, forgeage et méthodes de fabrication additive telles que la fusion laser sur lit de poudre (L-PBF). Sa ductilité à température ambiante est faible, ce qui nécessite un traitement spécial.

Q : Quel est le coût typique de la poudre d'alliage TiAl2 ?

R : La poudre d'alliage TiAl2 coûte entre 350 et 450 $ par kg en fonction de facteurs tels que la pureté, la taille des particules, la quantité et la région. Les commandes en gros de plus de 100 kg peuvent bénéficier d'une tarification négociée plus basse.

R : Oui, le TiAl2 a une bonne soudabilité.

R : Non, l'alliage TiAl2 est très peu soudable à température ambiante en raison de sa nature cassante. Des techniques spéciales comme le soudage par friction-malaxage sont nécessaires pour assembler l'alliage TiAl2.

Q : L'alliage TiAl2 est-il plus solide que l'alliage TiAl ?

R : Non, l'alliage TiAl a généralement une résistance plus élevée que l'alliage TiAl2, mais il est plus cher. L'alliage TiAl2 possède de meilleures propriétés de résistance environnementale comme la résistance à l'oxydation.

Q : Quelle est la température de service maximale pour l'alliage TiAl2 ?

R : L'alliage TiAl2 peut être utilisé à des températures de fonctionnement continues jusqu'à 700 ¡« C. L'excellente résistance à l'oxydation permet une utilisation dans des applications à des températures plus élevées par rapport aux alliages de titane.

Q: Quelles sont les teneurs en titane et en aluminium dans l'alliage TiAl2 ?

R: L'alliage TiAl2 contient comme éléments principaux 65 à 67 % en poids de titane, 31 à 32 % en poids d'aluminium, avec 1 à 2 % de vanadium et d'autres ajouts mineurs. Cela est différent du ratio stoechiométrique de 50-50.