Poudre d'éponge de titane

Poudre d'éponge de titane est un matériau clé utilisé comme matière première pour la fabrication de composants et de produits en titane métal. La métallurgie des poudres offre plusieurs avantages par rapport à l'extraction à partir de minerais. Cet article présente une vue d'ensemble de l'éponge de titane, y compris sa composition, ses principales caractéristiques, ses méthodes de traitement, ses applications, ses fournisseurs, etc.

Aperçu de la poudre d'éponge de titane

L'éponge de titane est la forme poreuse du titane non allié qui est la matière première utilisée dans la métallurgie des poudres pour produire des composants métalliques en titane. Elle est préparée en réduisant le tétrachlorure de titane (TiCl4) dérivé de minerais à l'aide de magnésium ou de sodium.

Les particules d'éponge ont une surface et une réactivité élevées, ce qui leur permet d'être facilement transformées en poudres, lingots, produits de broyage et pièces à l'aide de procédés tels que la refonte à l'arc sous vide (VAR), le pressage isostatique à chaud (HIP), la fabrication additive, le moulage par injection de métaux et le forgeage de poudres.

Vous trouverez ci-dessous un résumé des propriétés de la poudre d'éponge de titane, de ses applications, de sa production mondiale, de son prix, etc.

Poudre d'éponge de titane - Détails clés

Paramètres	Détails
Composition	Titane non allié (titane >99%)
Forme des particules	Particules d'éponge poreuses de forme irrégulière
Taille des particules	Généralement <15 mm
La pureté	>=98%, peut aller jusqu'à 99,9%
Densité	2,2 - 2,7 g/cc
Point de fusion	1668°C
Propriétés principales	Faible densité, haute résistance, excellente résistance à la corrosion même à haute température
Principales applications	Matière première pour les poudres de titane, les produits de broyage et la fabrication additive
Production mondiale annuelle	~300 000 tonnes, dont 75 000 tonnes aux États-Unis et 100 000 tonnes en Chine
Coût	~$8-15 par kg pour l'éponge de qualité CP-Ti

L'éponge de titane permet la production économique de composants en titane à l'aide de techniques de métallurgie des poudres et de formes proches du filet, par rapport à la métallurgie traditionnelle des lingots qui implique de multiples étapes de fusion et de soudage, avec un gaspillage important de matériaux.

Nous examinerons ensuite plus en détail la composition et les caractéristiques de la poudre d'éponge de titane.

Composition des Poudre d'éponge de titane

La poudre d'éponge de titane est constituée d'agrégats poreux de métal titane contenant de petites quantités d'impuretés telles que des chlorures, du magnésium, du fer, du silicium, de l'azote, du carbone et de l'oxygène. Une éponge de haute pureté avec une faible teneur en O et en N est nécessaire pour les applications aérospatiales critiques.

Composition de l'éponge de titane

Élément	Poids %
Titane (Ti)	98 – 99.9%
Oxygène (O)	0.08 – 0.45%
Azote (N)	0.02 – 0.15%
Carbone (C)	0.04 – 0.16%
Fer (Fe)	0.15 – 0.5%
Chlorure (Cl)	0.10 – 0.30%

La norme ASTM International ASTM B837 spécifie les exigences relatives à l'éponge de titane non allié de pureté commerciale en fonction de la qualité de l'éponge, comme suit :

Spécification ASTM pour les qualités d'éponge de titane

Grade	Contenu en titane	Teneur en oxygène	Teneur en fer	Teneur en azote
CP Ti Grade 1	99,2% min	0,40% max	0,20% max	0,03% max
CP Ti Grade 2	98.9-99.5%	0,25% max	0,30% max	0,05% max
CP Ti Grade 3	98.3-99.2%	0,35% max	0,30% max	0,05% max
CP Ti Grade 4	97.75-99.2%	0,40% max	0,50% max	0,05% max

Une poudre spongieuse de plus grande pureté avec de faibles niveaux contrôlés d'O et de N est nécessaire pour les applications critiques telles que les composants de moteurs d'avion. C'est à ce moment-là que les grades de titane 99,5%+ comme le Ti-6Al-4V Grade 5 ou Grade 23 sont spécifiés.

Ensuite, nous examinerons les principales propriétés de l'éponge de titane qui en font un excellent matériau d'ingénierie dans tous les secteurs d'activité.

Propriétés de la poudre d'éponge de titane

Le titane est apprécié pour sa combinaison unique de faible densité et de résistance élevée, même à des températures élevées supérieures à 500°C. Il offre également une excellente résistance à la corrosion dans les environnements difficiles.

Les principales propriétés de la poudre d'éponge de titane sont les suivantes :

Propriétés de l'éponge métallique en titane

Propriété	Détails
Densité	4,5 g/cm3, soit près de la moitié de l'acier et des alliages de nickel
Résistance à la traction	340-450 MPa pour les qualités CP, plus élevé pour les alliages Ti
Limite d'élasticité (résistance à l'épreuve)	170-380 MPa pour les éponges de qualité CP
Point de fusion	1668 ± 10°C
Module d'Young	100-115 GPa, inférieur à celui de l'acier
Rapport de Poisson	0.32-0.34
Coefficient de dilatation thermique	8,5 x 10-6 /K (20-100°C)
Conductivité thermique	6,7-21 W/m.K à 20°C
Résistivité électrique	420-470 nΩ.m à 20°C
Magnétisme	Non-magnétique
Résistance à la corrosion	Excellente grâce à la couche d'oxyde protectrice
Biocompatibilité	Matériau hautement bio-inerte

La combinaison d'un faible poids, d'une grande solidité à basse et haute température, d'une résistance à la corrosion et à la chaleur rend le titane indispensable dans les secteurs de l'aérospatiale, de la chimie, de la production d'énergie, de l'automobile, de la marine et de la biomédecine, entre autres.

Nous examinerons ensuite quelques-unes des principales applications et utilisations de la poudre d'éponge de titane dans les différentes industries.

Applications de Poudre d'éponge de titane

Les principales applications industrielles de l'éponge de titane comprennent les secteurs suivants :

Applications de la poudre d'éponge de titane

Secteur	Applications
Aérospatiale	Composants de moteurs à réaction et de cellules, aubes, fixations, trains d'atterrissage
Production d'électricité	Composants pour turbines à vapeur et à gaz, échangeurs de chaleur
Traitement chimique	Réservoirs, cuves, échangeurs de chaleur, tuyaux, pompes
Marine	Composants pour navires, sous-marins, plates-formes offshore
Automobile	Bielles, soupapes, ressorts, fixations, échappements
Biomédical	Implants, prothèses, instruments chirurgicaux, dispositifs
Pétrole	Chaînes de forage, composants du système de tête de puits
Articles de sport	Clubs de golf, raquettes de tennis, bicyclettes
Militaire	Avions, navires, produits de blindage
Dessalement	Échangeurs de chaleur, récipients sous pression, tubes

L'utilisation du titane continue de croître à un taux de croissance annuel moyen de 8-10% dans des industries telles que l'aérospatiale, le traitement chimique, la production d'énergie et le dessalement de l'eau de mer. La demande du marché devrait passer de 300 000 tonnes actuellement à environ 575 000 tonnes d'ici 2030.

Examinons les différentes formes de produits dérivés de la poudre d'éponge de titane.

Types et formes de poudre de titane

La poudre de titane métal et les produits de broyage sont fabriqués à partir d'éponges à l'aide de procédés tels que la refonte à l'arc sous vide (VAR), le pressage isostatique à chaud (HIP), la fabrication additive (AM), le moulage par injection de métal (MIM), et d'autres.

Produits en poudre de titane dérivés de l'éponge

Formulaire	Détails
Poudre d'hydrure-déshydrure (HDH)	Poudre de forme irrégulière de taille <150 μm
Poudre sphérique atomisée au gaz	Sphères de 15-150 μm utilisées dans l'AM
Poudres pré-alliées	Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, etc.
VAR lingots, billettes	Lingots refondus et produits corroyés
Produits de métallurgie des poudres HIP	Pièces personnalisées de forme proche du filet
Matières premières pour le moulage par injection de métaux	Poudres pour le procédé MIM
Bielles forgées par poudrage	Applications automobiles et marines
Matières premières pour la fabrication additive	Lit de poudre laser, dépôt direct par laser

Ces produits sont ensuite transformés en composants finis et en produits finis dans différentes industries.

Ensuite, nous examinons le processus de fabrication et les aspects de la chaîne d'approvisionnement de la poudre d'éponge métallique de titane.

Processus de fabrication de l'éponge de titane

La poudre d'éponge de titane est produite commercialement en réduisant le tétrachlorure de titane (TiCl4) à l'aide de sodium ou de magnésium dans le cadre de contrôles stricts du processus. Le TiCl4 lui-même est produit

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Les étapes de base de la production d'éponges de titane sont les suivantes :

Processus de fabrication de l'éponge de titane

1. Extraire le dioxyde de titane (TiO2) des minerais
2. Transformer le TiO2 en tétrachlorure de titane (TiCl4) par le procédé au chlorure
3. Réduire TiCl4 avec du magnésium/sodium sous vide à 800-850°C
4. Diffusion des sels et condensation du titane pur
5. Traitement de l'éponge de titane poreuse par broyage, nettoyage et tamisage

Le poudre d'éponge de titane est très réactif et pyrophorique. Il est donc manipulé et stocké dans des atmosphères inertes comme l'argon pour éviter les risques d'inflammation et d'explosion.

Les particules d'éponge poreuses de forme irrégulière ont un rapport surface/volume très élevé, ce qui permet un dégazage, un compactage et un alliage efficaces au cours des étapes ultérieures de consolidation de la matière fondue et de la poudre.

Environ 75% de la production d'éponges de titane sont utilisées pour fabriquer des produits de broyage du titane. Les 25% restantes sont utilisées pour produire des poudres de titane pour la fabrication additive et les applications de métallurgie des poudres.

Production mondiale et principaux fournisseurs

Actuellement, la production mondiale d'éponges de titane est d'environ 300 000 tonnes métriques par an. La géographie est concentrée, les États-Unis et la Chine représentant près de 60% de la production mondiale.

Parmi les principaux fabricants d'éponges de titane au niveau mondial, on peut citer

Principaux fabricants d'éponge de titane

Entreprise	Localisation	Capacité
VSMPO-Avisma	Russie	52 000 tonnes
Titane occidental	ÉTATS-UNIS	30 000 tonnes
Toho Titanium	Japon	20 000 tonnes
UKTMP JV	Kazakhstan	30 000 tonnes
Institut du Nord-Ouest de la MNT	Chine	20 000 tonnes
ZTMC	Chine	15 000 tonnes

Les États-Unis ont proposé de restreindre les exportations de titane vers la Russie et la Chine en raison de préoccupations stratégiques dans le secteur aérospatial. Cela pourrait entraîner une restructuration des chaînes d'approvisionnement et stimuler l'expansion de la production dans d'autres régions.

Dans l'ensemble, on s'attend à une augmentation de la capacité installée au niveau mondial et à des opportunités de croissance pour les fabricants et les négociants d'éponges de titane au service de diverses industries utilisatrices.

Analyse des coûts et tendances en matière de prix

Poudre d'éponge de titane Les prix varient dans une fourchette de $8-16 par kg en fonction de la quantité fournie, de la qualité, de la géographie, des calendriers de livraison, des contrats à long terme et d'autres facteurs commerciaux.

Gamme de prix de l'éponge de titane

Grade	Prix par kg
CP grade 1	$8 – 12
CP grade 2	$10 – 14
CP grade 3	$12 – 15
CP Grade 4	$10 – 16
Ti 6Al-4V Grade 5, Grade 23	$14 – 20

Les prix ont fortement augmenté en 2022 en raison de la forte reprise de la demande dans l'aérospatiale et d'autres secteurs après la pandémie, ainsi que de l'augmentation des coûts de l'énergie, des matières premières et de la logistique.

Toutefois, une certaine détente est attendue à partir de la mi-2023 avec l'augmentation de la capacité mondiale de production d'éponges. Les perspectives globales de l'industrie restent positives, la demande d'éponges de titane devant croître régulièrement à un taux de croissance annuel moyen de 6-8% au cours de la prochaine décennie.

FAQ

Q. Qu'est-ce que l'éponge de titane ?

L'éponge de titane est une forme poreuse de métal de titane de haute pureté sous forme de poudre qui est utilisée comme matière première pour fabriquer des produits de broyage, des poudres et des pièces en titane dans toutes les industries.

Q. Comment la poudre d'éponge de titane est-elle produite ?

Il est produit commercialement en réduisant le tétrachlorure de titane (TiCl4) dérivé de minerais à l'aide de magnésium ou de sodium dans des conditions strictement contrôlées.

Q. Quelles sont les applications de l'éponge de titane ?

Les principales applications sont les moteurs et les cellules de l'aérospatiale, les centrales électriques, les usines chimiques, le matériel maritime, les implants et les dispositifs biomédicaux. Il sert les industries qui ont besoin de composants métalliques très résistants, de faible poids et résistants à la corrosion.

Q. Quels sont les avantages du titane par rapport à l'acier ?

Comparé à l'acier, le titane offre un rapport résistance/poids plus élevé, des propriétés supérieures à haute température, une réponse non magnétique et une bien meilleure résistance à la corrosion, ce qui profite aux applications exigeantes.

Q. Quels sont les principaux fabricants d'éponge de titane ?

Les principaux producteurs mondiaux sont VSMPO-Avisma, Western Titanium, Toho Titanium, UKTMP JV, Northwest Institute of NTM, ZTMC, avec des capacités allant de 15 000 à 50 000 tonnes métriques par an actuellement.

Q. Quelle est la fourchette de prix de l'éponge de titane par kg ?

Les prix varient de $8-16 par kg en fonction de la qualité, de la taille de la commande, des zones géographiques, du calendrier de livraison et d'autres facteurs commerciaux. Les contrats pluriannuels ont également un impact sur les prix effectivement réalisés pour les acheteurs et les vendeurs.

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