Analyse chimique sur le titane et ses alliages : une spécialité du laboratoire FILAB
Le titane et ses alliages
Le titane est un métal qui présente de nombreuses qualités : résistance thermique et mécanique, résistance à la corrosion, biocompatibilité, etc.. Il est donc utilisé dans de nombreuses applications industrielles dont celles du médical. Le TA6V représente à lui seul 50 % du marché des alliages de titane.
Depuis plus de 30 ans, le laboratoire FILAB propose à plusieurs centaines de clients des services d’analyses métallurgiques et d’analyse de titane, et pour certaines prestations d’analyses, sous accréditation COFRAC ISO 17025.
Les nuances d'alliages
Il existe de nombreux alliages de titane, mais les plus utilisés dans l’industrie sont le TA6V
TA6V
Le TA6V (Ti-6Al-4V) est un titane composé à 6% d’aluminium et 4% de vanadium. L’aluminium apporte l’amélioration de la résistance et une baisse de la ductilité. Le vanadium augmente la ductilité. Cette composition lui confère un très bon rapport résistance/densité et une assez bonne soudabilité.
Le TA6V Eli (Extra-low Interstitial) a la même composition qu’un TA6V. Implantable et biocompatible, il doit répondre aux normes médicales ISO 5832-3 et ASTM F136 (produits corroyés pour implants chirurgicaux). Il est surtout utilisé principalement dans le secteur médical (implants chirurgicaux et dentaires).
T40
Le T40 est un titane pur avec quelques éléments additionnels (oxygène, carbone, azote, fer). Il est utilisé dans l’industrie pour son équilibre ductilité-formabilité à froid et sa résistance. La soudabilité de cet alliage est excellente.
Composition du titane TA6V
Le TA6V, également connu sous le nom de Grade 5, est un alliage de titane composé principalement de 90% de titane, enrichi par 6% d’aluminium et 4% de vanadium. Cette combinaison confère à l’alliage des propriétés spécifiques, notamment une grande légèreté, une résistance mécanique élevée et une résistance à la corrosion. L’aluminium renforce la rigidité et réduit la densité, tandis que le vanadium améliore la résistance aux déformations et à la fatigue. Cet alliage peut également contenir des traces d’éléments comme l’oxygène, l’azote ou le fer, dont les proportions doivent être strictement contrôlées pour garantir la qualité et les performances du matériau.
Pourquoi analyser le titane et ses alliages ?
Que ce soit pour garantir la résistance en conditions extrêmes ou pour prévenir des défaillances, l’analyse du titane et ses alliages, comme le TA6V, est une étape indispensable pour toute application industrielle :
- Assurance qualité : les analyses permettent de vérifier la composition chimique des alliages, leur résistance mécanique et leur compatibilité avec des environnements spécifiques, comme une exposition à des températures élevées ou à des milieux corrosifs.
- Sécurité et conformité : l’analyse assure que les matériaux respectent les normes réglementaires, comme les exigences ISO, ASTM ou spécifiques à l’industrie.
- Optimisation des processus industriels : en identifiant les propriétés clés du titane, il devient possible d’ajuster les procédés de fabrication ou d’améliorer les performances des produits finis.
FILAB réalise votre analyse de titane et alliage de titane grâce à un équipement de pointe
Notre expertise
Analyses de la composition chimique et contrôles de nuances d’alliages de titane dont TA6V
Dosage d'hydrogène sur des échantillons en titane selon l'ASTM E1447
Caractérisations chimiques sur des dispositifs médicaux en titane selon l'ISO 10993-18
Notre parc analytique dédié aux analyses d'alliages de titane
Microscopie Electronique à Balayage (MEB-EDX)
Quelles problématiques industrielles avec le titane?
Les alliages de titane présentent certaines problématiques qui doivent être prises en compte pour garantir leur utilisation optimale dans les environnements industriels :
- Usinage complexe : Le titane est difficile à travailler en raison de sa dureté, nécessitant des équipements spécialisés et des processus adaptés, ce qui peut rallonger les délais de production.
- Risque de contamination : Lors des traitements, le titane peut facilement absorber des éléments étrangers, ce qui peut altérer ses propriétés mécaniques, chimiques ou structurelles, compromettant ainsi ses performances finales. La contamination du titane peut survenir lors de traitements tels que l’usinage, le soudage, les traitements thermiques ou le forgeage, notamment par contact avec des outils, des lubrifiants inadaptés, ou l’exposition à des éléments comme l’oxygène, l’azote ou l’hydrogène.
- Fragilité à basse température : Certains alliages peuvent devenir plus cassants à des températures extrêmement basses, nécessitant des analyses rigoureuses pour déterminer leur adéquation avec un environnement et un usage déterminé.
- Compatibilité avec d’autres matériaux : Lorsqu’il est combiné à d’autres métaux ou dans des structures composites, des tests sont indispensables pour prévenir des phénomènes comme la corrosion galvanique.
Pour voir plus loin : nos expertises sur alliages de titane...
En plus de l’analyse de titane de routine, le laboratoire FILAB vous apporte ses compétences dans les analyses d’expertises métallurgiques et étude de défaillances sur vos échantillons base titane : TA6V , T40
Nos analyses et étude de défaillances
Examen métallographique sur un alliage de titane
Analyse et caractérisation de surfaces (rugosité, défauts,…)
Conformité de matière selon les normes
Analyse de soudures sur des titanes ASTM F136 et ISO5832-3
Etude de vieillissement (phénomène de corrosion, altération de surfaces, …)
FAQ
Le TA6V, un alliage de titane connus pour avoir plusieurs spécificités :
- Légèreté et résistance : Le TA6V combine une densité faible à une résistance mécanique élevée, ce qui en fait un choix de premier ordre pour les applications nécessitant des matériaux légers mais robustes.
- Résistance à la corrosion : Cet alliage est particulièrement adapté aux environnements humides, salins ou chimiques, notamment dans l’industrie marine et médicale.
- Biocompatibilité : En raison de son excellente tolérance par le corps humain, le TA6V est largement utilisé pour les implants médicaux et les prothèses.
- Excellente résistance thermique : Le TA6V conserve ses propriétés mécaniques à des températures élevées, ce qui le rend idéal pour les pièces d’avions ou de turbines.
La conductivité thermique du titane TA6V est relativement faible, environ 6,7 W/m·K à température ambiante. Cela en fait un matériau peu performant pour la dissipation thermique, mais idéal pour des applications nécessitant une isolation thermique, comme dans l’aéronautique ou le médical. Ce comportement thermique peut influencer les procédés de soudage et d’usinage, nécessitant un contrôle précis de la température pour éviter les tensions résiduelles et les déformations.
La microstructure du titane TA6V est biphasée, composée principalement des phases α (hexagonale compacte) et β (cubique centré). La phase α offre une excellente résistance mécanique et à la corrosion, tandis que la phase β améliore la ductilité et facilite le formage. Cette combinaison est essentielle pour des applications exigeant à la fois légèreté, résistance et adaptabilité aux procédés industriels comme le forgeage ou le soudage.
L’oxydation du titane TA6V commence à partir de 500°C dans l’air, formant une couche d’oxyde (TiO₂) qui peut altérer les propriétés mécaniques du matériau. Pour la limiter, il est conseillé d’utiliser une atmosphère contrôlée (argon ou vide) lors des procédés thermiques, ou d’appliquer des revêtements protecteurs comme le nitrure de titane. Ces précautions sont particulièrement importantes dans l’aéronautique et les procédés de fabrication additive.
La dureté du titane TA6V est en moyenne de 36 HRC (Rockwell) ou environ 349 HV (Vickers). Ces valeurs varient légèrement en fonction des traitements thermiques ou des procédés de fabrication, comme le recuit ou le forgeage. Cette dureté, combinée à sa légèreté, en fait un alliage de choix pour des applications où la résistance à l’usure et la durabilité sont essentielles, comme dans les implants médicaux ou les composants structurels aéronautiques.
Pour éviter la contamination, il est conseillé d’utiliser des outils spécifiques en matériaux non ferreux, des lubrifiants compatibles et de travailler dans des environnements contrôlés. Lors du soudage ou des traitements thermiques, l’utilisation d’une atmosphère inerte est indispensable pour limiter l’introduction d’oxygène, d’hydrogène ou d’azote, qui peuvent fragiliser le matériau et compromettre ses propriétés mécaniques.
Les laboratoires utilisent des techniques avancées qui permettent de quantifier avec précision les éléments majeurs (titane, aluminium, vanadium) et les impuretés, comme l’oxygène ou l’azote, qui influencent directement les performances des alliages de titane.
Le principal défi réside dans la détection des impuretés à très faible concentration, comme l’hydrogène ou l’oxygène, qui nécessitent des équipements spécialisés pour garantir une précision maximale. De plus, le titane est très réactif avec l’oxygène, ce qui peut compliquer l’analyse si des protocoles stricts (atmosphère inerte ou vide) ne sont pas respectés.
