Le titane a été découvert pour la première fois en 1791 par William Gregor un ecclésiastique de Cornouailles et minéralogiste amateur ; alors qu’il étudiait les dépôts de sable dans la vallée de Manaccan. Dans son échantillon, il a identifié un oxyde de fer et un métal inconnu ; il l’a appelé « menachanite ». Malheureusement, sa contribution à la découverte du titane a été oubliée. L’oxyde qu’il a examiné, maintenant connu sous le nom d’ilménite est le minerai commercial le plus important du titane et représente 92% de toute l’extraction du titane.
Les réalisations de Gregor négligées, le titane a été redécouvert en 1795 par Martin Heinrich Klaproth un chimiste allemand renommé qui est également crédité de la découverte de l’uranium. Klaproth étudiait le rutile et a nommé le métal non identifié d’après les Titans de la mythologie hellénique. Contrairement à la conception populaire son choix de nom ne fait pas référence aux propriétés de force et de durabilité de l’élément, ses notes montrent qu’il a choisi le nom en raison de sa neutralité, comme le préconisait Antoine Lavosier.
« Chaque fois que l’on ne peut trouver pour un nouveau fossile un nom qui indique ses propriétés particulières et caractéristiques (situation dans laquelle je me trouve actuellement), je pense qu’il vaut mieux choisir une dénomination qui ne signifie rien en soi, et qui ne peut donc donner lieu à aucune idée erronée. (comme l’avait suggéré Lavoisier) En conséquence, comme je l’ai fait pour l’uranium, j’emprunterai le nom de cette substance métallique à la mythologie, et en particulier aux Titans, les premiers fils de la terre. J’appelle donc ce nouveau genre métallique Titane. »
Isoler le Titane s’avère problématique, de nombreux scientifiques, y compris Klaproth lui-même, essayant et échouant. Mais, en 1887, 94 ans après la découverte initiale de Gregor, le titane métallique a été isolé par Lars Nilson et Otto Pettersson, qui ont obtenu une pureté de 95%. Leur méthode utilisant le sodium a ensuite été affinée pour devenir le procédé Hunter.
Henry Moissan a réussi à obtenir une pureté de 98 % en utilisant un four électrique en 1896. Le produit était fortement contaminé par des interstitiels (oxygène, azote et carbone) le rendant cassant. La grande affinité du titane pour l’azote à haute température a été documentée en 1908.
Trouver une méthode pour empêcher le titane de se lier à l’azote était essentiel. En 1910, Matthew A. Hunter a atteint une pureté de 99,9 % en collaboration avec General Electric à l’Institut polytechnique de Rensselaer. L’ilménite fut réduite par le procédé du chlorure pour obtenir du tétrachlorure de titane. Puis en utilisant ce qui est maintenant connu comme le procédé Hunter a réagi le TiCl4 avec du sodium dans un haut fourneau sous vide à 700-800 degrés Celsius.
Le procédé Kroll développé par William J. Kroll à Luxembourg dans les années 1930 a déplacé le procédé Hunter. L’utilisation du magnésium au lieu du sodium a permis de réduire le coût du procédé, ce qui a favorisé l’entrée généralisée du titane sur le marché aérospatial après la Seconde Guerre mondiale. La fiabilité du titane dépend entièrement de sa chaîne d’approvisionnement ; des améliorations progressives ont vu la pureté du titane utilisé dans l’aérospatiale être multipliée par plus de 100 entre 1950 et 2010.
Le moindre défaut dans la production de titane peut avoir des conséquences désastreuses. La catastrophe aérienne de Sioux en 1989 en étant un exemple, l’accident s’est produit lorsque l’alésage du moteur en titane du vol 232 de la compagnie aérienne américaine s’est fissuré. La « panne moteur non contenue » qui en a résulté a immobilisé les systèmes hydrauliques de l’avion et ses sauvegardes. L’équipage a dû improviser, en utilisant la poussée des deux moteurs restants de l’avion pour faire rouler et tanguer l’avion vers l’aéroport de Sioux City. Ils ont reçu des éloges pour leurs actions dans l’enquête du National Transportation Safety Board des États-Unis. 185 des 296 personnes à bord ont survécu. La fissure en question provenait d’une inclusion « alpha dur » dans l’alliage Ti 6al 4V, qui avait grandi au cours des 18 années de service des avions.
Le risque de fracture du titane peut être réduit en gérant sa mécanique et sa microstructure. Des changements ont été mis en œuvre pour la première fois par l’industrie dans les années 1970. La FAA a imposé le passage de la refonte à l’argon à la refonte à l’arc sous double vide en 1972. La raison en est que le vide permet d’éliminer l’oxygène dissous, ce qui améliore la qualité du lingot, bien qu’il ne suffise pas à éliminer les inclusions alpha dures comme celles de l’alésage du moteur du vol 232. La crise pétrolière de l’OPEP de 1973 a contribué à l’adoption massive du titane dans l’industrie. L’augmentation du coût du carburant signifiait que les améliorations de l’efficacité du titane rendaient le métal plus désirable.
Le milieu des années 1980 a vu de nouvelles améliorations avec le passage au VAR triple fusion qui est maintenant la norme minimale pour le titane métal utilisé dans l’aérospatiale. L’enquête sur l’accident de Sioux de 1989 a vu d’autres efforts de l’industrie dans les années 1990 pour améliorer le processus de production à travers le conseil de la manipulation, le soudage des électrodes et le vide, et les fuites d’eau ; Les fuites sont particulièrement problématiques au cours du processus Kroll où l’oxygène réagit dans la fonte causant des inclusions alpha dures qui ne peuvent pas être retirées facilement par le VAR.
Une solution à ce problème a été le processus de fusion de crâne également connu sous le nom de Electron Beam Cold Hearth Remelting qui a été breveté dans les années 1980 et a atteint une utilisation généralisée dans les années 2000 est une alternative à la troisième étape du processus de triple fusion. Contrairement au procédé VAR, il surchauffe le métal en faisant fondre les défauts alpha durs et en permettant aux matières premières contaminées d’être réutilisées dans un lingot de haute qualité. Les impuretés se forment à la surface du lingot et peuvent être facilement éliminées. Le processus est utile car il permet aux copeaux de déchets, créés et contaminés par l’usinage du métal, de refondre et d’avoir ses impuretés éliminées et d’être utilisés dans des applications de haute qualité.
Kroll a prédit que l’électrolyse supplanterait son propre processus pionnier dans les 15 ans. 80 ans plus tard, Chen, Fray et Farthing ont mis au point la méthode nécessaire à l’université de Cambridge à la fin des années 1990. Le procédé FFC Cambridge devrait permettre de réduire considérablement le coût de la fabrication du titane en permettant d’électrolyser le minerai d’oxyde purifié d’un métal pour obtenir le métal ou l’alliage souhaité. Le processus est similaire à celui actuellement utilisé pour l’aluminium, mais le point de fusion plus élevé du Ti rend la chose plus difficile. Vous pouvez en savoir plus sur le titane sur notre page consacrée aux propriétés.
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