Le titane et les alliages de titane sont largement utilisés dans les industries aérospatiale, pétrochimique et médicale en raison de leur nature non-toxique, de leurs propriétés légères, de leur rapport résistance élevée-/-poids et de leur excellente biocompatibilité. Cependant, les limitations de dureté, la mauvaise résistance à l'usure et les performances d'oxydation à haute température -inadéquates entravent le progrès ultérieur des alliages de titane. Pour pallier ces inconvénients, le traitement thermique chimique, également appelé modification chimique, s'est imposé comme un moyen d'amélioration efficace.
Le traitement thermique chimique consiste à modifier la composition chimique de la surface et la microstructure des composants métalliques à l'aide de réactions chimiques, parfois combinées à des méthodes physiques, pour obtenir des performances améliorées par rapport aux matériaux homogènes. Les méthodes courantes de traitement thermique chimique du titane et de ses alliages comprennent la diffusion d'azote, la diffusion de carbone, la diffusion de bore et la diffusion de métaux.
Les traitements par diffusion d'azote créent des nitrures de dureté élevée (tels que TiN et Ti2N) à la surface des alliages de titane, offrant ainsi d'excellentes propriétés de résistance à la corrosion et à l'usure. Diverses techniques de diffusion d'azote comprennent la nitruration par bain de sel, la nitruration gazeuse, la nitruration par implantation ionique, la nitruration ionique à double lueur, la nitruration laser de surface et la nitruration sous vide. Les traitements de diffusion du carbone génèrent des carbures sur la surface, améliorant ainsi la dureté et la résistance à l'usure.
Les traitements de diffusion de bore forment des borures sur la surface de l'alliage de titane, augmentant encore la dureté et la résistance à la corrosion, adaptés aux applications nécessitant une dureté et une résistance à l'usure élevées. Des composés tels que TiB et TiB2 sont formés grâce à des techniques de diffusion du bore, qui englobent des méthodes solides, liquides et gazeuses.
La diffusion du métal consiste à imprégner d'autres éléments métalliques sur la surface de l'alliage de titane pour créer des matériaux composites, améliorant ainsi les performances. La sélection d'éléments métalliques pré-diffusés doit présenter une bonne solubilité avec les alliages de titane. Les facteurs influençant la solubilité des métaux comprennent la taille atomique, l'affinité chimique, la structure cristalline et la valence atomique relative.
En conclusion, les diverses méthodes de traitement thermique chimique des alliages de titane offrent chacune des avantages uniques, et le choix de la technique doit répondre à des exigences spécifiques. Actuellement, les technologies de diffusion de l’azote et du carbone sont répandues. À mesure que les technologies du titane et des alliages de titane continuent d’évoluer, les traitements de surface offrent un potentiel important pour améliorer les performances des produits.
