Dans les applications marines, les matériaux métalliques doivent être exposés pendant une longue période à divers milieux de forte salinité, d'humidité élevée, d'ions chlorure abondants et d'autres milieux corrosifs, ce qui fait apparaître plus facilement les dommages résultant de la corrosion électrochimique, de la corrosion par piqûres, de la corrosion caverneuse, de la corrosion intergranulaire, de la fissuration par corrosion sous contrainte, etc. De plus, le choix de métaux appropriés présentant une excellente résistance à la corrosion par l’eau de mer est la clé des exigences de sécurité, de durée de vie et économiques d’installations aussi importantes que les structures d’ingénierie marine, les équipements de navires, les usines de dessalement d’eau de mer et les plates-formes offshore. Selon la pratique actuelle de la science des matériaux et de l'ingénierie, les TI et les alliages de titane sont les matériaux métalliques les plus puissants contre la corrosion par l'eau de mer et leurs performances globales dans différents environnements marins sont à l'avant-garde.
1,Titane et alliages de titane : la « couronne » de la résistance à la corrosion de l’eau de mer.
Parmi tous les matériaux connus, le titane et ses alliages sont devenus les meilleurs métaux pour résister à la corrosion dans l'eau de mer à température ambiante et sont appelés « métaux marins ». La raison pour laquelle il est si résistant à la corrosion est due à la formation d'une couche de passivation de dioxyde de titane (TiO ₂) à formation rapide, dense, stable et auto-cicatrisante- sur sa surface. Le film d'oxyde peut être rapidement régénéré en quelques secondes lorsqu'il est mécaniquement perturbé ou chimiquement érodé.5 Lorsqu'un film protecteur est endommagé, le métal de base est efficacement isolé de l'agent corrosif, obtenant ainsi une protection à long terme-.
1. Adaptabilité à l’ensemble de l’environnement
Les alliages de titane présentent des taux de corrosion extrêmement faibles dans différentes régions de l'eau de mer, notamment les zones atmosphériques, les zones d'éclaboussures, les zones de marée, les zones entièrement immergées et même l'eau de mer polluée et la boue marine. Les données de recherche montrent que dans les zones maritimes typiques telles que la mer de Chine méridionale et la mer de Chine orientale, après 16 ans d'exposition continue, le taux de corrosion des alliages de titane tend vers zéro, démontrant une durabilité presque « permanente ».
2. Résistance exceptionnelle à la corrosion locale
Comparés à des matériaux tels que l'acier inoxydable et les alliages de cuivre, les alliages de titane ne subissent pratiquement pas de corrosion par piqûre, de corrosion caverneuse ou de corrosion intergranulaire. Même dans l'eau de mer contenant du sable, avec un débit élevé et une pollution grave, le film de passivation de surface peut rester intact et présente une forte résistance à l'érosion et à la corrosion.
3. Excellente correspondance complète des performances
L'alliage de titane présente non seulement une excellente résistance à la corrosion, mais également une résistance élevée, une faible densité (environ 57 % de l'acier), une résistance spécifique élevée, une bonne ténacité et de bonnes performances de soudage, ainsi que des propriétés non-magnétiques. Il est particulièrement adapté aux applications telles que les submersibles-des grands fonds marins, les systèmes de propulsion de navires, les déflecteurs de sonar, etc. qui nécessitent une légèreté, une dissimulation et une résistance structurelle élevées.
4. Vérification pratique des applications d'ingénierie
Les alliages de titane sont largement utilisés dans la construction navale russe ; son sous-marin nucléaire de « classe Typhoon » est construit avec une structure en alliage de titane à double coque et atteint une profondeur de 914 mètres ; L'alliage de titane GR5 est également utilisé pour fabriquer les coques résistantes à la pression du submersible habité chinois Jiaolong. Les bateaux hydroptères américains sont équipés d'hélices en alliage de titane, qui apportent une efficacité de propulsion 15 % supérieure et une durée de vie incroyable. Ces succès sont la meilleure preuve que les alliages de titane peuvent être utilisés dans un environnement extrêmement marin.
2, comparaison d'autres matériaux métalliques résistants à la corrosion haute performance dans l'eau de mer
Bien que l'alliage de titane présente les meilleures caractéristiques, il est assez cher. C'est pourquoi, dans la pratique, nous utilisons souvent d'autres matériaux métalliques présentant une bonne résistance à la corrosion pour le remplacer ou l'aider.
1. Alliages à haute teneur en nickel (Monel, Hastelloy, Inconel)
Il est très résistant à la corrosion et à l’oxydation des ions chlorure, même en immersion dans l’eau de mer et dans un environnement à haute température.
L'alliage Monel (Ni Cu) est particulièrement adapté aux composants tels que les arbres et les vannes des pompes à eau de mer ; L'Hastelloy est couramment utilisé dans les environnements où des produits chimiques hautement corrosifs sont mélangés à de l'eau de mer. Son inconvénient est qu'il est coûteux et qu'une corrosion intergranulaire peut survenir dans certains alliages au sein de la zone de soudure.
2. Séries d'acier inoxydable (en particulier 316L, 904L et autres aciers inoxydables contenant du molybdène -)
En raison de la présence d'un élément molybdène (Mo), l'acier inoxydable 316L a considérablement amélioré sa capacité à lutter contre la corrosion par piqûre d'ions chlorure, ce qui en fait l'un des aciers inoxydables les plus populaires dans le domaine marin.
Le 904L et d'autres aciers inoxydables super austénitiques contiennent encore plus de chrome, de nickel et de molybdène et offrent des niveaux de résistance à la corrosion plus élevés pour des conditions pratiques plus sévères. Néanmoins, des corrosions par piqûres et fissures peuvent continuer à se produire, en particulier dans les zones où une protection cathodique doit être utilisée, telles que la zone de projection et la zone d'eau stagnante.
3. Les alliages cuivre-nickel (par exemple, ni 90/10,70/30) et les alliages aluminium-bronze-cuivre-nickel sont résistants au bio-encrassement avec une résistance modérée à la corrosion et constituent le meilleur matériau utilisé pour les tubes plus propres dans les tuyaux de condenseur et d'eau de mer. La résistance à la corrosion du bronze d'aluminium est supérieure dans l'eau de mer car le film d'oxyde formé à la surface est compact et fin et est utilisé dans les hélices, les vannes, etc. Néanmoins, même une utilisation à long terme peut entraîner des problèmes tels que la lixiviation sélective et la corrosion.
4. Exploration des matériaux composites et de nouveaux alliages
Les alliages amorphes n'ont pas de grain de bois et leur résistance à la corrosion locale est meilleure que celle des matériaux cristallins traditionnels, ce qui en fait un point chaud de la recherche.. 7 Parallèlement, un alliage de titane à faible coût- est également développé afin de réduire le seuil d'application des matériaux en titane et de faciliter la vulgarisation parmi les mégaprojets à grande échelle- tels que le pont maritime et l'usine de dessalement de l'eau de mer.
3, Facteurs clés affectant la résistance à la corrosion des matériaux et suggestions de sélection des matériaux
1. Variation du zonage environnemental La stratification verticale marine joue un rôle important dans la corrosion : la zone d'éclaboussure présente la corrosion la plus sévère en raison des conditions alternées de séchage et de mouillage et d'un niveau d'oxygène adéquat ; cependant, la région de boue est anaérobie et présente un taux de corrosion plus lent. Par conséquent, certains matériaux de différentes qualités doivent être utilisés dans différents domaines. Par exemple, dans la zone d'éclaboussure, il convient d'utiliser un alliage de titane ou un alliage à haute teneur en nickel, dans la zone d'immersion totale, envisagez un alliage de cuivre-nickel ou un acier inoxydable de bonne qualité.
2. Température, débit et attachement biologique
Une température élevée accélère la réaction de corrosion, un débit élevé intensifie la corrosion par érosion et un encrassement biologique peut provoquer une corrosion locale. La sélection des matériaux doit tenir compte de manière globale de ces facteurs dynamiques.
3. Économie et coût du cycle de vie complet
Bien que l'alliage de titane nécessite un investissement initial élevé, sa durée de vie ultra longue (jusqu'à 50 ans ou plus), ses exigences de maintenance extrêmement faibles et sa fiabilité élevée le rendent supérieur aux matériaux ordinaires en termes de coût total du cycle de vie. À long terme, c’est le meilleur équilibre entre sécurité et économie.
4, Conclusion et perspectives : En résumé, le titane et les alliages de titane sont actuellement les matériaux métalliques les plus résistants en termes de résistance à la corrosion par l'eau de mer. Leur auto-passivation, leur capacité d'auto-réparation, leur adaptabilité à l'environnement et leurs excellentes propriétés mécaniques les rendent exceptionnels même dans des conditions extrêmes telles que les fonds marins, les températures élevées, le sel élevé et la vitesse d'écoulement élevée. Ils sont devenus des matériaux de base irremplaçables pour les équipements marins haut de gamme.
Les futures tendances de développement se concentreront sur :
Développement d'alliages de titane-à faible coût pour réduire les coûts des matières premières et de fabrication ; Percée dans la technologie de préparation de composants-à grande échelle, améliorant la taille et la capacité de formage des pièces moulées ;
Application de processus de fabrication avancés, tels que l’impression 3D de composants structurels complexes, pour réduire les pertes de matériaux ; Optimisation de la technologie de soudage et de connexion pour améliorer la résistance à la corrosion et la fiabilité des joints ;
Construction d'une base de données interactive sur l'environnement matériel pour prendre en charge la sélection intelligente des matériaux et la prévision de la durée de vie. Avec l'avancement de la stratégie de construction d'une puissance maritime et la demande croissante de développement en haute mer-, les alliages de titane et d'autres matériaux résistants à la corrosion-hautes performances- joueront un rôle plus critique dans le domaine de l'ingénierie marine. La sélection scientifique des matériaux, leur utilisation standardisée, leurs tests et leur maintenance réguliers seront la garantie fondamentale pour garantir l'exploitation sûre à long terme des installations marines.
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