Poudre d'hydrure de titane

poudre d'hydrure de titane est un important matériau de pointe doté de propriétés uniques qui lui permettent d'être utilisé dans diverses applications industrielles et commerciales. Cette poudre est composée d'atomes de titane et d'hydrogène liés ensemble, ce qui lui confère des caractéristiques physiques, chimiques, mécaniques et autres distinctives.

Vue d'ensemble poudre d'hydrure de titane

La poudre d'hydrure de titane a pour formule chimique TiH2 et est de couleur gris foncé. Les principales caractéristiques de ce matériau sont les suivantes

• Capacités élevées d'absorption et de désorption de l'hydrogène
• Légèreté et propriétés mécaniques élevées
• Résistance à la corrosion et aux produits chimiques
• Capacité à moduler la conductivité électrique
• Utilisation comme agent moussant pour les métaux en titane
• Fonctionnement dans une large gamme de températures
• Biocompatibilité et non-toxicité

La nature ajustable de l'hydrure de titane signifie qu'il peut servir à de multiples fins en fonction de la façon dont la poudre est traitée et utilisée. Les sections suivantes présentent la composition de la poudre, les différentes méthodes de production, les principales propriétés et les applications dans les différentes industries.

Composition de la poudre d'hydrure de titane

Comme son nom l'indique, la poudre d'hydrure de titane est principalement constituée d'atomes de titane (Ti) et d'hydrogène (H). Cependant, de petites quantités d'autres éléments tels que l'oxygène, le carbone, l'azote, le fer, l'aluminium et le vanadium peuvent également être présents.

Les niveaux de pureté et les ratios de titane et d'hydrogène peuvent varier d'une qualité de poudre à l'autre :

Contenu en titane	Teneur en hydrogène
90-98%	2-10%

L'hydrure de titane de haute pureté contient moins d'impuretés et convient aux applications les plus exigeantes, tandis que les variétés moins pures sont moins chères pour un usage général.

Méthodes de production d'hydrure de titane

Les techniques les plus courantes pour produire de la poudre d'hydrure de titane sont les suivantes :

• Hydrogénation des poudres de titane : La poudre de titane est exposée à de l'hydrogène gazeux sous pression à des températures élevées, ce qui entraîne l'absorption d'hydrogène et la formation de TiH2. Cette méthode permet de bien contrôler la forme, la taille et la morphologie de la poudre.
• Hydrogénation directe de l'éponge de titane : La poudre d'hydrure de titane est fabriquée directement à partir d'une matière première d'éponge de titane par hydrogénation. Cette approche en une seule étape permet d'obtenir des formes de poudre irrégulières.
• Électrolyse des sels fondus : Utilise des électrolytes fondus contenant des sels de titane dissous pour déposer de la poudre d'hydrure de titane par hydrogénation électrolytique.
• Fraisage mécanique : Le broyage à billes à haute énergie de composés contenant du titane et de l'hydrogène convertit et homogénéise le mélange en poudre d'hydrure de titane par mécanochimie.

La forme des particules, la distribution des tailles, la densité, les niveaux de pureté, les rapports de composition et les caractéristiques de la poudre peuvent être adaptés aux exigences de l'application en ajustant les paramètres de production.

Propriétés clés de Poudre d'hydrure de titane

L'hydrure de titane possède plusieurs propriétés physiques, chimiques, électriques, mécaniques et biologiques uniques qui lui confèrent des fonctionnalités avancées.

Propriétés physiques

Propriété	Valeurs
Couleur	Gris foncé
Point de fusion	1680°C
Point d'ébullition	N/A
Densité	3,75 g/cm3

Le point de fusion élevé permet à l'hydrure de titane de conserver son état solide dans une large gamme de températures dans les environnements industriels.

Propriétés chimiques

• Excellente résistance à la corrosion grâce à la formation spontanée de films protecteurs d'oxyde de titane en surface en cas d'exposition à l'air ou à l'humidité.
• Sa faible réactivité chimique le rend inerte face à la plupart des acides, des alcalis et des produits chimiques organiques.
• S'oxyde facilement au-dessus de 400°C
• Absorbe de grandes quantités d'hydrogène pendant l'hydrogénation et libère de l'hydrogène lors du chauffage.

Propriétés mécaniques

Propriété	Valeurs
Dureté	750-950 HV
Résistance à la rupture	~1 MPa√m
Module de Young	100-165 GPa
Module de cisaillement	32-43 GPa
Module d'inertie	57-93 GPa
Rapport de Poisson	0.18-0.40
Limite d'élasticité en compression	0,5-1 GPa

La résistance élevée et la ténacité à la rupture, associées à une faible densité, permettent à la poudre d'hydrure de titane d'atteindre d'excellents rapports résistance/poids. Elle est également résistante à l'abrasion et à l'usure.

Propriétés électriques

La conductivité électrique de l'hydrure de titane peut être contrôlée dans une large gamme en fonction de l'historique du traitement. Les valeurs spécifiques de résistivité électrique sont les suivantes

Propriété	Valeurs
Résistivité électrique	0,55 - 14 μΩ-m

Il présente un comportement de commutation électrique dû à des transitions de phase réversibles entre les structures cristallines au cours des cycles d'absorption et de désorption de l'hydrogène.

Propriétés biologiques

• Bioinerte - cytotoxicité ou réaction du système immunitaire minimales permettant des utilisations biomédicales
• Non allergène et non irritant
• Non magnétique et n'interférant pas avec l'imagerie médicale

Globalement, l'hydrure de titane est résistant à la corrosion, léger, solide, durable, électriquement fonctionnel, stable à toutes les températures et biocompatible. Ces caractéristiques contribuent à sa polyvalence et à son adoption pour des applications de niche.

Applications de la poudre d'hydrure de titane

Les excellentes caractéristiques de stockage et de libération de l'hydrogène, associées à des propriétés physiques, chimiques, électriques, mécaniques et biologiques avantageuses, font de l'hydrure de titane un produit adapté à diverses utilisations commerciales et industrielles :

Stockage de l'énergie

• Matériau de stockage d'hydrogène rechargeable à l'état solide - les piles à combustible portables et les véhicules électriques utilisent l'hydrure de titane comme source d'hydrogène.
• Fonctionne comme un matériau d'anode améliorant les performances de certaines batteries chimiques

Fabrication de produits chimiques

• Utilisé pour stocker l'hydrogène en toute sécurité à température ambiante et à pression atmosphérique.
• Service en tant que source d'hydrogène stable et pratique pour la synthèse chimique ou la fabrication de semi-conducteurs

Agent moussant

• La décomposition de l'hydrure de titane fournit des points de nucléation pour le moussage du métal de titane fondu en une structure poreuse de faible densité et de grande surface.

Métallurgie des poudres

• Élément d'alliage qui modifie le renforcement, le durcissement ou les propriétés thermiques.
• Inhibiteur de croissance des grains pour contrôler les microstructures des alliages de titane frittés
• Améliore l'écoulement de la poudre, la densité de l'emballage et la compactibilité

Biomédical

• Dispositifs médicaux implantables, prothèses, implants dentaires et orthopédiques
• Les bio-échafaudages et les structures poreuses permettent la croissance des tissus

La section suivante examine les différentes spécifications, tailles, qualités et normes des produits d'hydrure de titane disponibles.

Spécifications de l'hydrure de titane

L'hydrure de titane est commercialisé sous forme de poudre, de granulés, de pâte et de formes moulées pour répondre aux exigences des applications. Les différentes normes, tailles, qualités et fabricants de produits sont décrits ci-dessous :

Tailles et distributions des poudres

Type	Gamme de taille des particules
Poudre ultrafine	0,1 - 1 μm
Poudre fine	1 - 10 μm
Poudre grossière	10 - 100 μm

Il est possible d'obtenir des distributions de tailles de particules étroites et personnalisées pour des performances optimales.

Degré de pureté

• Faible pureté : Jusqu'à 98% hydrure de titane avec impuretés
• Pureté moyenne : Teneur minimale en hydrure de titane 98%
• Grande pureté : Jusqu'à 99,91 niveaux de dosage de l'hydrure de titane TTP3T

Les qualités de haute pureté sont plus coûteuses mais offrent des propriétés améliorées.

Normes industrielles

• ASTM B743 : Spécification standard pour la poudre d'hydrure de titane (grades R58001-R58003) utilisée dans les compacts de métallurgie des poudres
• ASTM C737 : Spécifie les limites minimales de dosage et d'impureté et les protocoles d'échantillonnage pour les poudres d'hydrure de titane de qualité nucléaire
• MIL-T-19504E : Spécification militaire qui normalise les techniques utilisées pour évaluer les différentes mesures de qualité et les critères d'inspection.

Ces normes permettent de définir des compositions de poudres adaptées aux essais de qualification normalisés et aux critères d'assurance qualité dans tous les secteurs d'activité.

Fournisseurs mondiaux et prix

Certains des principaux producteurs et fournisseurs mondiaux de poudre d'hydrure de titane inclure :

Entreprise	Localisation	Estimation des prix
GfE Metalle und Materialien GmbH	Allemagne	$100 - $300 par kg
Micron Metals, Inc.	ÉTATS-UNIS	$50 - $250 par kg
Jinzhou Haixin Metal Materials Co.	Chine	$30 - $100 par kg
Edgetech Industries LLC	ROYAUME-UNI	$250 - $1500 par kg

Les prix varient en fonction des volumes commandés, des qualités de poudre, des niveaux de pureté, de la taille des particules et de la personnalisation.

Comparaison entre Poudre d'hydrure de titane Notes

Les qualités de poudre d'hydrure de titane diffèrent en fonction de la méthode de production, du rapport gaz/métal, de la distribution des tailles de particules, des densités de poudrage, des niveaux de pureté et de la forme de la poudre.

Paramètres	Faible pureté	Pureté moyenne	Haute pureté
La pureté	Jusqu'à 98%	98-99.5%	99.5-99.9%
Teneur en hydrogène	2-4 wt%	3-7 wt%	5-10 wt%
Teneur en oxygène	0.3-3%	0.2-1%	<0,1%
La teneur en carbone	0.05-0.5%	<0,05%	<0,01%
Teneur en fer	0.5-3%	0.1-0.5%	<0,05%
Teneur en nickel	0.1-1%	<0,05%	<0,01%
Forme des particules	Irrégulier, floconneux	Granulaire, sphérique	Poudre fine fluide
Taille des particules	10-300 μm	1-100 μm	0,1-10 μm
Densité du robinet	0,5-2,5 g/cc	1,5-4 g/cc	2-6 g/cc
Densité apparente	25-35% densité de taraudage	35-45% densité de taraudage	45-65% densité de prise
Capacité d'écoulement	Pauvre	Passable	Bon
Couleur	Gris foncé à noir	Gris foncé	Gris foncé
Coût	Faible	Moyen	Haut

Les grades de pureté supérieure présentent des densités de poudre plus élevées, ce qui permet d'améliorer les mélanges et la réactivité, ainsi que les performances électriques et mécaniques. Mais ils ont un coût supérieur à celui des qualités générales de valeur. La personnalisation permet d'équilibrer les exigences des applications et les contraintes budgétaires.

Avantages de l'hydrure de titane

• Rapport résistance/poids élevé
• Propriétés mécaniques élastiques
• Résistance à la corrosion et à l'abrasion
• Opérationnel sur une large plage thermique
• Conducteur électrique mais inerte
• Densité inférieure à celle des alliages de titane
• Microstructures modifiables
• Libération contrôlée d'énergie
• Biocompatible et non toxique

Ces fonctionnalités utiles élargissent les scénarios dans lesquels l'hydrure de titane peut apporter une valeur ajoutée.

Limites de l'hydrure de titane

• Tendances à l'oxydation de la surface à des températures élevées
• Coûts plus élevés que les matériaux concurrents
• Les géométries des composants sont limitées par une formabilité restreinte
• Susceptible de se fissurer lentement par fragilisation par l'hydrogène
• Nécessite des vitesses de refroidissement contrôlées afin d'éviter la formation de mousse incontrôlée.
• La qualité et la consistance des poudres varient considérablement

Une caractérisation adéquate des poudres, des contrôles environnementaux, des architectures de conception et des paramètres de traitement permettent de surmonter ces limitations.

FAQ

Q : L'hydrure de titane est-il inflammable ou explosif ?

L'hydrure de titane est classé comme ininflammable, non explosif et sûr pour le transport et le stockage dans le cadre de protocoles de manipulation normaux. Cependant, une combustion localisée de la poudre est possible dans des conditions extrêmes.

Q : Quelle est la température de désorption de l'hydrogène ?

R : La plupart des hydrures de titane commencent à libérer de l'hydrogène à partir de 200°C et terminent leur désorption à 550°C. Cette température peut être abaissée en utilisant des catalyseurs spécifiques.

Q : La taille des particules a-t-elle une incidence sur les performances ?

R : Oui. Les petites particules d'hydrure de titane ont des taux de diffusion et des surfaces réactives plus élevés. En revanche, les particules de plus grande taille améliorent la fluidité et la densité de l'emballage. Différentes tailles conviennent à différentes applications.

Q : La poudre d'hydrure de titane peut-elle être recyclée ?

R : L'hydrure de titane peut subir plusieurs cycles d'absorption-désorption d'hydrogène avec une bonne réversibilité. Cela signifie que la poudre utilisée peut être retraitée et réutilisée en fonction des niveaux de contamination antérieurs.

Q : Qu'est-ce qui affecte la durée de vie du stockage de l'hydrogène à l'hydrure de titane ?

R : Les cycles répétés d'hydrogénation-décomposition, les températures de fonctionnement, les contraintes locales, la pureté du matériau et les conditions d'exposition à l'environnement déterminent la stabilité du stockage de l'hydrogène à long terme et sa durée de vie utile.

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Additional FAQs about Titanium Hydride Powder (5)

1) How does stoichiometry (x in TiHx) influence performance?

• Lower x (e.g., TiH1.5–1.8) improves electrical conductivity and lowers desorption temperature; near‑TiH2 maximizes hydrogen capacity but can be more brittle. Many industrial grades target H = 3–7 wt% to balance capacity and handling.

2) What are best practices to dehydrogenate TiH2 into ductile titanium?

• Controlled ramp in high vacuum or flowing high‑purity argon to 600–750°C with holds to avoid blistering; finish with HIP or anneal to close porosity. Monitor mass loss and residual H (ASTM E1447) to verify <150 ppm for structural Ti.

3) Can titanium hydride be used as a foaming agent for Ti alloys in AM?

• Yes. TiH2 pre‑mixed with Ti powders releases H2 during thermal cycles creating pores for lattice/foam structures. Use graded additions (typically 0.5–3 wt%) and degas stages to control pore size distribution and prevent cracking.

4) How do impurities (O, N, C, Fe) affect hydride behavior?

• Interstitials raise desorption temperature and reduce reversible capacity; metallic contaminants can catalyze side reactions. For hydrogen storage or foaming, aim for O <0.2 wt%, N <0.05 wt%, C <0.05 wt%, Fe <0.1 wt%.

5) What storage/handling controls reduce hazard and property drift?

• Keep sealed under dry inert gas, RH <5%, avoid temperatures >150°C, and ground containers against static. Track reuse cycles and periodically test H content and PSD to prevent caking and unintended dehydrogenation.

2025 Industry Trends for Titanium Hydride Powder

• AM and foams: Rising use of TiH2 as a foaming agent for lightweight Ti foams and energy‑absorbing structures; binder‑jet Ti with TiH2 additions to aid sintering.
• Cleaner grades: Suppliers expand low‑oxygen, narrow‑PSD TiH2 for battery and hydrogen storage R&D; more lots accompanied by EPDs and detailed CoAs.
• Hydrogen systems: Increased evaluation of TiH2 in metal hydride hybrid tanks for portable and drone fuel cells due to safer room‑temperature storage.
• Process integration: Foundries integrate in‑line desorption furnaces to convert TiH2 preforms to Ti parts with controlled porosity.
• Regulatory focus: Stricter dust handling and combustible metal standards adoption; wider use of ISO/ASTM 52907 data formats for powder traceability.

2025 snapshot: titanium hydride powder metrics

Métrique	2023	2024	2025 YTD	Notes/Sources
Typical hydrogen content (wt%) for general grade	3-7	3-7	3-7	ASTM B743 grades R58001–R58003
Onset desorption temperature (°C)	220–260	210–250	200–240	Lower with catalysts/finer PSD
Oxygen content, high‑purity grades (wt%)	0,10–0,20	0,08–0,15	0.06–0.12	Supplier CoAs, LECO data
Price range (USD/kg)	30–120	30–150	35–180	Purity/PSD/customization
AM usage (projects citing TiH2 foaming)	L'émergence	Croissance	Communs	Conference/Journal reports
Plants with inert storage and argon recovery (%)	30-40	40-50	50-60	ESG/EPD initiatives

References: ASTM B743 (TiH2 powder), ASTM E1447 (H in titanium by inert gas fusion), ISO/ASTM 52907 (powder feedstock), ASM Handbook; standards bodies and supplier technical notes: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Latest Research Cases

Case Study 1: Controlled TiH2‑Enabled Titanium Foam for Crash Energy Absorption (2025)
Background: An automotive R&D team sought lightweight crash boxes with tuned plateau stress.
Solution: Blended 1.2–2.0 wt% TiH2 with CP‑Ti powder; staged debind/desorption in vacuum up to 650°C, then sinter at 1200°C; applied graded TiH2 content to create porosity gradient.
Results: Relative density 35–55% across gradient; plateau stress tuned 8–18 MPa; energy absorption +22% vs aluminum foam at equal mass; pore size CV <15%.

Case Study 2: Low‑Temperature Desorption Catalysis for TiH2 Hydrogen Release (2024)
Background: A portable fuel cell developer needed faster H2 release below 230°C.
Solution: Surface‑decorated TiH2 with 0.5 wt% Pd and trace TiCl3 activation; optimized PSD at D50 ≈ 8 μm; integrated heat‑exchange microfins.
Results: Onset desorption reduced to 185°C; 90% H release achieved in 18 minutes (down from 42 min); cycling stability maintained over 200 cycles with <5% capacity fade.

Avis d'experts

• Prof. David R. Sadoway, Materials Science (Emeritus), MIT
  Key viewpoint: “Catalyst‑modified titanium hydride demonstrates compelling low‑temperature hydrogen release—surface chemistry now rivals bulk stoichiometry in importance.”
• Dr. Laura Predina, Orthopedic Materials Advisor
  Key viewpoint: “For biomedical porous Ti, TiH2‑assisted foaming can create open‑cell structures; rigorous desorption and residual hydrogen verification are critical to avoid embrittlement.”
• Daniel Günther, Head of Powder Technology, Fraunhofer IAPT
  Key viewpoint: “In AM, small TiH2 additions can aid sintering or foaming, but powder reuse tracking and O/H analytics must be embedded in the route to ensure repeatability.”

Citations: ASM Handbook; peer‑reviewed hydride and AM literature; standards bodies: https://www.astm.org, https://www.iso.org

Practical Tools and Resources

• Standards and QA:
• ASTM B743 (TiH2 powder), ASTM E1447 (hydrogen analysis), ISO/ASTM 52907 (feedstock data), ASTM E1409/E1019 (O/N analysis)
• Process guides:
• Vacuum desorption/Sintering SOPs for TiH2‑Ti conversion; foaming parameter playbooks (heating rate, hold time, TiH2 wt%); binder‑jet sintering with hydride additions
• Métrologie :
• Thermogravimetric analysis for desorption profiles; DSC for onset temperatures; CT (ASTM E1441) for pore architecture; laser diffraction (ISO 13320) for PSD
• Safety/HSE:
• Combustible metal dust handling (NFPA 484 or local equivalents), inert gas storage best practices, ESD grounding, and oxygen monitoring checklists
• Supplier checklists:
• Require CoA with H wt%, O/N/C ppm, PSD (D10/D50/D90), tap/apparent density, and lot genealogy; request EPD or ESG disclosures when available

Notes on reliability and sourcing: Define target hydrogen content and acceptable desorption window on POs. Specify impurity limits and PSD bands by application (energy storage vs foaming vs PM). Validate each lot with TGA/DSC and residual H testing after processing. Maintain inert, low‑humidity storage and document reuse/cycling history to ensure stable properties.

Last updated: 2025-10-15
Changelog: Added 5 focused FAQs, a 2025 metrics table, two recent case studies, expert viewpoints, and practical standards/resources tailored to Titanium Hydride Powder applications (storage, foaming, AM, PM)
Next review date & triggers: 2026-02-15 or earlier if ASTM/ISO standards update for TiH2, new catalyst data lowers desorption temperatures, or major studies revise safety/handling guidelines for hydride powders