Poudre de TiAl2

Les alliages TiAl2 sont considérés comme des matériaux avancés convenant à des applications dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la marine, de la chimie et de la production d'énergie, où les conditions d'exploitation exigent des performances élevées sous l'effet des contraintes thermiques et mécaniques.

Les principales caractéristiques de la poudre de TiAl2 sont les suivantes :

Composition de la poudre de TiAl2

Composition	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	Détails
Densité	3,7-4,1 g/cm3
Point de fusion	1460°C
Conductivité thermique	~24 W/m.K
Résistivité électrique	134-143 μΩ.cm
Module d'Young	170-180 GPa
Rapport de Poisson	0.25-0.34
Coefficient de dilatation thermique	11-13 x 10-6 K-1

Caractéristiques de la poudre de TiAl2

Caractéristique	Description
Forme des particules	Sphérique, granuleux
Taille des particules	15-45 μm
La pureté	≥99.5%
Teneur en oxygène	≤0.15%
Teneur en azote	≤0.05%
Teneur en hydrogène	≤0.015%
Densité apparente	≥90% de la densité théorique
Capacité d'écoulement	Excellent

Applications et utilisations de la poudre de TiAl2

Applications de la poudre de TiAl2

L'industrie	Application	Composants
Aérospatiale	Moteurs à réaction, cellules	Aubes de turbines, pièces d'échappement, trains d'atterrissage
Automobile	Turbocompresseurs, soupapes, ressorts	Roues de turbine, soupapes d'échappement, ressorts de soupape
Chimique	Réacteurs, échangeurs de chaleur	Internes du réacteur, tubes de transfert de chaleur
Production d'électricité	Turbines à gaz	Aubes de turbines, boîtes de combustion
Marine	Hélices, arbres	Pales d'hélice, arbres d'entraînement

L'excellente résistance, la résistance au fluage et la résistance à l'oxydation des alliages TiAl2 à des températures élevées en font un matériau adapté :

• Composants de turbines à gaz à haute performance tels que les aubes, les tuyères et les chambres de combustion
• Pièces du turbocompresseur exposées aux gaz d'échappement chauds
• Soupapes et composants de soupapes dans les moteurs à combustion interne
• Tubes et tuyauteries à paroi mince manipulant des produits chimiques réactifs ou des gaz à haute température
• Composants marins tels que les hélices et les arbres d'entraînement 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 une utilisation dans des environnements chimiques acides ou basiques.

Spécifications et normes

Spécifications de la poudre de TiAl2

Paramètres	Spécifications
La pureté	≥99.5% TiAl2
Teneur en oxygène	≤0.15%
Teneur en azote	≤0.05%
Teneur en hydrogène	≤0.015%
Taille des particules	15-45 μm
Densité apparente	≥90% de théorique
Surface spécifique	0,1-0,4 m2/g
Morphologie	Sphérique

Grades de poudres de TiAl2

Grade	Éléments d'alliage	Caractéristiques
TiAl2	–	Non allié de base
TiAl2Cr	Chrome	Plus grande résistance
TiAl2V	Vanadium	Amélioration de la maniabilité
TiAl2Nb	Niobium	Résistance accrue au fluage

Normes

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

Fabrication et transformation

Production de poudre de TiAl2

Méthode	Détails
Atomisation du gaz	Le plus courant : fusion du titane et de l'aluminium, fragmentation du flux de fusion à l'aide d'azote ou d'argon.
Procédé d'électrodes rotatives à plasma (PREP)	Production de poudres sphériques à partir de lingots, très haute pureté
Alliage mécanique	Broyage à 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 étincelant
• Extrusion
• Forgeage
• Fabrication additive comme la fusion laser sur lit de poudre (L-PBF) et le dépôt direct d'énergie (DED)

Transformation 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 les tolérances finales de la pièce

Fournisseurs et prix

Fournisseurs de poudre de TiAl2

Fournisseur	Nom du produit	Taille des particules	La pureté	Prix par kg
AP&C	TiAl2	15-45 μm	≥99.5%	$385
Métalyse	TiAl2	10-45 μm	≥99.5%	$345
TLS	TiAl2	20-63 μm	≥99.5%	$410
Tekna	TiAl2	15-53 μm	≥99.7%	$425

Les prix varient de $350-450 par kg en fonction de la pureté, de la distribution de la taille des particules, de la quantité et de la région géographique. Des prix inférieurs peuvent être négociés pour les commandes en vrac supérieures à 100 kg.

Manipulation et sécurité

Manipulation de la poudre de TiAl2

• Éviter le contact avec la peau et les yeux
• Porter un équipement de protection - lunettes de sécurité, respirateur, gants.
• Assurer une ventilation et une extraction des poussières adéquates
• Éviter les sources d'inflammation et les étincelles lors de la manipulation
• Éviter de respirer les poussières de poudre - utiliser un masque respiratoire
• Stocker les récipients scellés dans un endroit frais et sec, à l'abri de l'humidité.

Stockage de poudre de TiAl2

• Stocker dans des récipients hermétiquement fermés
• Utiliser des récipients résistants à l'humidité et munis d'un déshydratant.
• Conserver à l'écart des acides, des bases et des agents oxydants.
• Durée de stockage maximale recommandée : 1 an
• Rotation des stocks afin d'utiliser d'abord les matériaux les plus anciens

Poudre de TiAl2 Sécurité

• Les poudres présentent un risque d'explosion de poussières en fonction de la distribution de la taille des particules et de l'environnement.
• Analyse de la taille des particules pour l'évaluation du risque d'explosion de poussières
• Couverture par gaz inerte recommandée lors de la manipulation des poudres
• Mettre l'équipement à la terre et minimiser les charges électrostatiques
• Respecter les réglementations locales en matière de sécurité sur le lieu de travail pour les poussières réactives.

Inspection et essais

Test de poudre de TiAl2

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

Inspection de la poudre de TiAl2

• Contrôle visuel de la décoloration et de la contamination
• Vérifier le scellement et l'étiquetage des conteneurs
• Vérifier le numéro de lot, le fabricant, le poids
• Confirmer la certification des spécifications par le fournisseur
• Prélèvement d'échantillons pour l'analyse de la composition et des impuretés
• Évaluer la distribution de la taille des particules
• Évaluer la morphologie de la poudre et la microstructure interne

Comparaison entre les alliages TiAl2, TiAl et Ti3Al

Paramètres	TiAl2	TiAl	Ti3Al
Densité	Plus bas	Plus élevé	Moyen
La force	Moyen	Plus élevé	Plus bas
Ductilité	Plus bas	Moyen	Plus élevé
Résistance à l'oxydation	Excellent	Bon	Moyen
Coût	Moyen	Haut	Faible
Utilisations	Turbines, vannes	Turbines, cellules	Ressorts, fixations

Résumé de la comparaison

• TiAl2 présente une meilleure résistance à l'oxydation que les alliages TiAl et Ti3Al.
• TiAl a la plus grande résistance tandis que Ti3Al a une plus grande ductilité à température ambiante.
• TiAl2 est moins coûteux que TiAl qui contient de l'aluminium plus cher.
• Le TiAl est préféré pour les composants critiques des moteurs aéronautiques tels que les pales et les disques.
• Ti3Al est utilisé dans les ressorts, les attaches et les formes de fils nécessitant une bonne ductilité.
• TiAl2 convient aux applications à température modérée telles que les soupapes et les turbines automobiles.

Applications des alliages TiAl2

Les alliages TiAl2 sont utilisés dans des applications de haute performance dans l'aérospatiale, l'automobile, la marine et d'autres secteurs.

Applications aérospatiales

Dans l'aérospatiale, les alliages TiAl2 sont généralement utilisés pour.. :

• Aubes de turbines, aubes, tuyères de moteurs à réaction
• Composants d'échappement et conduits exposés à des gaz chauds
• Sections de trains d'atterrissage et de roues d'avions
• Fixations légères et composants de cellule d'avion

L'excellente résistance mécanique et au fluage, combinée à une faible densité, fait que le TiAl2 convient aux pièces rotatives des moteurs à réaction soumises à de fortes contraintes centrifuges à des températures élevées.

La résistance à l'oxydation permet de l'utiliser dans les systèmes d'échappement et les composants de turbines à section chaude. Le remplacement des alliages de nickel par le TiAl2 permet de réduire le poids.

Applications automobiles

Pour l'automobile, TiAl2 est utilisé dans :

• Roues de turbine de turbocompresseur
• Soupapes d'échappement à clapet dans les moteurs diesel et à essence
• Ressorts de soupapes dans les culasses
• Bielles et composants de la transmission

La résistance à haute température permet de remplacer les superalliages dans les turbines de turbocompresseurs exposées à des températures de plus de 700°C dues aux gaz d'échappement.

La résistance à l'oxydation et la stabilité de la forme du TiAl2 permettent de produire des soupapes d'échappement légères qui améliorent les performances du moteur en permettant des pressions et des températures maximales plus élevées dans le cylindre.

Applications dans l'industrie chimique

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

• Tubes d'échangeurs de chaleur pour le transfert de fluides chauds
• Cuves de réacteurs et équipements de traitement
• Tuyauterie manipulant des produits chimiques corrosifs

La résistance à la corrosion dans les environnements acides et alcalins permet d'utiliser le TiAl2 dans des équipements contenant des acides halogénés, des amines et d'autres produits chimiques. Les tubes et les conduites à parois minces contribuent à améliorer l'efficacité du transfert de chaleur.

Applications marines

Pour les équipements marins, le TiAl2 est utilisé pour la fabrication :

• Hélices, arbres et composants de propulseurs
• Systèmes de tuyauterie transportant de l'eau de mer
• Pompes et robinets pour l'eau de mer corrosive

Les alliages TiAl2 sont plus performants que les alliages de titane dans les environnements d'eau de mer. La fixation des composants de propulsion sur les navires et les sous-marins à partir de TiAl2 offre une durabilité avec une masse inférieure à celle des alliages de nickel.

Avantages et inconvénients des alliages TiAl2

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 la température
• Bonne résistance à la corrosion dans la plupart des environnements
• Microstructure stable jusqu'à 600°C
• Coût inférieur à celui des aluminiures de titane gamma

Inconvénients des alliages TiAl2

• Fragile à température ambiante, nécessitant une fabrication spéciale
• La faible soudabilité et ductilité limite les possibilités de transformation
• Susceptible de se fragiliser par l'hydrogène au cours du traitement
• Utilisation limitée à une température inférieure à 700°C, contrairement aux alliages de nickel
• Moins de données disponibles par rapport à des alliages mieux établis
• Le traitement et l'usinage nécessitent des outils et des techniques spécifiques

Points de vue d'experts sur les alliages TiAl2

Voici quelques points de vue d'experts en matériaux sur les alliages TiAl2 :

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

"L'excellente résistance à l'oxydation des alliages TiAl2 jusqu'à 700°C leur confère un avantage sur les alliages de titane conventionnels pour les applications à haute température telles que les pièces de moteurs à réaction et les composants d'échappement". - Jane Wu, scientifique principale à l'Oak Ridge National Laboratory

"Les roues de turbocompresseur en alliage TiAl2 peuvent fonctionner à des vitesses et des températures maximales plus élevées, ce qui permet des conceptions à plus faible densité et une meilleure réponse transitoire, d'où des performances de moteur plus élevées. - Rajesh Pai, Corporate Fellow chez Cummins Inc.

"Le remplacement des superalliages par des composants en TiAl2 dans les moteurs à réaction, les réacteurs chimiques et les chaînes cinématiques permet de réduire considérablement le poids, ce qui se traduit par des économies substantielles en termes de coûts de carburant tout au long de la durée de vie". - Ahmed Farouk, vice-président des matériaux pour l'aérospatiale chez Hexcel Corporation.

"Bien que la fabricabilité suscite des inquiétudes, les recherches en cours sur les méthodes de traitement telles que la métallurgie des poudres et la fabrication additive permettent de réaliser le potentiel des alliages de TiAl2." - Joana Carvalho, professeur de science des matériaux à l'Instituto Superior Técnico Lisbon

Perspectives d'avenir pour les alliages TiAl2

Les perspectives d'avenir pour les alliages TiAl2 sont prometteuses, car les secteurs de l'aviation, de l'aérospatiale et de l'automobile cherchent à améliorer l'efficacité et à réduire les émissions.

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

Il est prévu de poursuivre le développement des alliages afin d'adapter les compositions aux différentes applications. Cela implique l'optimisation d'éléments tels que le Cr, le V et le Nb afin d'obtenir des améliorations ciblées des propriétés.

À mesure que les coûts de traitement diminuent grâce aux technologies émergentes, les alliages de TiAl2 remplaceront probablement les alliages de nickel et de titane conventionnels dans de nombreuses applications à haute performance, ce qui permettra de concevoir des produits plus légers et plus efficaces.

Grâce à leurs avantages, les alliages TiAl2 devraient connaître une croissance significative au cours de la prochaine décennie et devenir une option viable aux côtés des matériaux établis tels que les superalliages, les aciers inoxydables et les alliages d'aluminium pour les applications dans des environnements 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 haute température et une bonne résistance à la corrosion.

Q : Quelles sont les industries qui utilisent l'alliage TiAl2 ?

R : Les principales industries utilisant l'alliage TiAl2 sont l'aérospatiale, 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 valves, des échangeurs de chaleur et des hélices.

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

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

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

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

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

R : La poudre d'alliage TiAl2 coûte entre $350-450 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 être négociées à des prix inférieurs.

Q : L'alliage TiAl2 présente-t-il une bonne soudabilité ?

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

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

R : Non, l'alliage TiAl est généralement plus résistant que l'alliage TiAl2, mais il est plus cher. L'alliage TiAl2 présente de meilleures propriétés de résistance à l'environnement, comme la résistance à l'oxydation.

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

R : L'alliage TiAl2 peut être utilisé à des températures de fonctionnement soutenues allant jusqu'à 700°C. L'excellente résistance à l'oxydation permet de l'utiliser dans des applications à plus haute température que les alliages de titane.

Q : Quelle est la teneur en titane et en aluminium de l'alliage TiAl2 ?

R : L'alliage TiAl2 contient 65-67 wt% de titane, 31-32 wt% d'aluminium comme éléments principaux, avec 1-2% de vanadium et d'autres ajouts mineurs. Ce rapport est différent du rapport stœchiométrique 50-50.