ELTRA Analyseurs élémentaires pour l'industrie aéronautique

L'industrie aérospatiale est un secteur important qui se concentre sur le développement, la fabrication et l'exploitation d'avions et d'engins spatiaux. Elle joue un rôle clé dans le transport mondial en permettant des déplacements rapides et des échanges commerciaux dans le monde entier. Dans le domaine de la défense, elle fournit des outils importants tels que des avions et des missiles perfectionnés à des fins militaires. L'industrie aéronautique et spatiale est également à la pointe de la recherche spatiale et soutient les communications par satellite et les découvertes scientifiques. Afin de répondre aux normes élevées en matière de performance, de sécurité et de fiabilité, l'industrie aéronautique et spatiale s'appuie sur les dernières technologies et sur l'innovation constante. Les matériaux utilisés doivent être résistants à l'usure et aux différentes conditions climatiques. De plus, la résistance mécanique de l'avion doit être suffisamment élevée pour permettre un grand nombre de décollages et d'atterrissages. Outre les aspects liés à la sécurité, les facteurs économiques jouent également un rôle important. La consommation de carburant doit être la plus faible possible et le coût d'acquisition doit rester dans des limites raisonnables.

Matériaux pour applications aéronautiques et aérospatiales

L'industrie aéronautique et aérospatiale utilise différents matériaux de pointe. Chacun de ces matériaux est sélectionné en fonction de sa capacité à répondre à certains critères de performance, notamment la résistance, le poids, la résistance à la température et la durabilité :

Alliages de titane :

Le titane est connu pour sa grande solidité, son faible poids et sa résistance à la corrosion et aux températures élevées. Il est souvent utilisé dans les réacteurs d'avion, les trains d'atterrissage et les éléments structurels critiques qui doivent être très performants.

Alliages d'aluminium :

En raison de leur excellent rapport résistance/poids, de leur résistance à la corrosion et de leur prix avantageux, ils sont largement utilisés. Les alliages d'aluminium sont principalement utilisés dans les structures des cellules d'avion, y compris les composants du fuselage et des ailes.

Alliages d'acier :

L'acier à haute résistance est utilisé pour les composants qui doivent être durables et robustes, comme les châssis, les éléments de fixation et certaines pièces structurelles. L'acier inoxydable est également utilisé pour sa résistance à la corrosion.

Alliages de magnésium :

Il est utilisé dans des applications où la réduction du poids est d'une importance décisive, mais il est moins courant en raison de problèmes de corrosion et d'inflammabilité.

Superalliages :

Ces matériaux, généralement à base de nickel ou de cobalt, sont utilisés dans les composants de moteurs qui doivent résister à des températures et des contraintes extrêmes.

Matériaux composites :

Les polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC) sont de plus en plus utilisés en raison de leur légèreté et de leur grande résistance. Ces matériaux composites sont utilisés dans différentes parties des avions, telles que les ailes, les fuselages et les composants intérieurs, afin d'améliorer le rendement énergétique et de réduire le poids.

Céramique et verre :

Utilisé dans les systèmes d'isolation thermique, tels qu'on les trouve dans les vaisseaux spatiaux, ainsi que dans les fenêtres et autres composants qui exigent transparence et résistance aux chocs thermiques.

Polymères et matières plastiques :

En raison de leur faible poids et de leur polyvalence, ils sont utilisés dans les composants d'aménagement intérieur, les isolations et les câblages.

Par exemple, on utilise les matériaux suivants pour la construction d'un Boeing 787 :

Material					Used in % by weight
Composites					50
Aluminium					20
Titanium					15
Steel					10
Other					5

Le titane et ses alliages dans l'industrie aéronautique et aérospatiale

Le titane est le dixième élément le plus abondant sur Terre. Grâce à ses excellentes propriétés mécaniques, le titane et ses alliages sont particulièrement adaptés aux applications dans l'aéronautique et l'aérospatiale. Premièrement, sa densité est inférieure de 60 % à celle de l'acier, ce qui en fait un matériau léger. Ce faible poids permet de réduire la consommation de carburant. Deuxièmement, une bonne résistance à la chaleur et à la corrosion garantit une longue durée de vie et la sécurité des moteurs. Troisièmement, la faible fragilisation et la faible dilatation thermique permettent de combiner le titane et ses alliages avec du plastique renforcé de fibres de carbone (PRFC). Le titane et les alliages de titane sont principalement utilisés dans les pièces techniquement critiques d'un avion, telles que les cellules ou les moteurs. [1],[2] Malgré tous ces avantages, il faut tenir compte du fait que les gaz oxygène, azote et hydrogène peuvent avoir une influence négative sur les propriétés mécaniques du titane. Un autre risque est la forte affinité du titane liquide pour ces gaz pendant le processus de fabrication. Plus la concentration en oxygène augmente, plus le matériau devient dur et sensible aux fissures [3]. Une concentration supplémentaire d'hydrogène peut nuire à la qualité du produit en raison de la fragilisation par l'hydrogène [4]. Avec une teneur croissante en hydrogène, le titane perd d'abord sa ductilité, ce qui peut entraîner l'écaillage de la surface du titane. Étant donné l'influence considérable des concentrations d'oxygène, d'azote et d'hydrogène sur les propriétés du titane et de ses alliages, il est essentiel de mesurer précisément ces éléments pour contrôler la qualité des produits en titane.

ELTRA compte parmi les leaders mondiaux dans la fabrication d'analyseurs élémentaires.

En raison des défis que représente le travail dans des environnements extrêmes, que ce soit à haute altitude ou dans le vide de l'espace, l'industrie aérospatiale doit mettre en place des procédures de test et de certification strictes pour s'assurer que tous les composants et systèmes fonctionnent correctement. L'analyse élémentaire est essentielle pour vérifier que les matériaux utilisés dans la construction possèdent les propriétés requises. La société ELTRA GmbH est un fabricant leader qui jouit de plus de 40 ans d'expérience dans la fabrication d'analyseurs élémentaires de haute précision. Sa gamme de produits comprend des instruments permettant de mesurer la teneur en carbone, soufre, azote, oxygène et hydrogène de différents types de matériaux. ELTRA est également connue pour ses analyseurs thermogravimétriques, utilisés pour évaluer la perte de poids lors de certains processus de chauffage ou de température. Ces analyseurs sont des outils indispensables dans les secteurs qui nécessitent une analyse précise de la composition des matériaux, tels que l'aérospatiale, la métallurgie, le ciment, l'exploitation minière, la production de batteries et bien d'autres domaines.

Analyse O/N/H dans les matières premières pour les composants d'avion

Une partie importante de l'analyse chimique des matériaux utilisés dans l'industrie aéronautique et aérospatiale consiste toujours à mesurer les gaz oxygène (O), azote (N) et hydrogène (H), qui ont une influence considérable sur les propriétés des matériaux. L'analyseur O/N/H ELEMENTRAC ONH-p2 d'ELTRA utilise la fusion de gaz inerte pour mesurer les gaz souhaités dans une large plage de concentration allant de quelques ppm à 2 %. Le four à électrodes, également appelé four à impulsions, de l'ONH-p2 fait fondre l'échantillon de titane (par exemple) à des températures allant jusqu'à 3000 °C et mesure l'hydrogène et l'azote libérés sous leur forme élémentaire ainsi que l'oxygène sous forme de dioxyde de carbone. Le dioxyde de carbone est produit par la réaction de l'oxygène de l'échantillon de titane avec le carbone d'un creuset en graphite. Pour garantir une mesure fiable de O/N/H, des fondants tels que le nickel ou l'étain sont ajoutés à l'échantillon. Ils abaissent le point de fusion et garantissent une libération complète des gaz piégés ainsi qu'une bonne répétabilité des mesures O/N/H. L'ELEMENTRAC ONH-p2 répond à toutes les normes internationales et est facile à utiliser pour les universitaires comme pour les non-universitaires. L'ELEMENTRAC ONH-p2 traite des échantillons sous toutes les formes solides telles que poudre, granulés, fils ou petites plaques. Le poids typique des échantillons est d'environ 100 mg. La quantité d'échantillons peut être augmentée jusqu'à 1000 mg pour les échantillons à base d'acier et de fer qui ne nécessitent pas de flux.

Plus d'informations

Analyseur Oxygène / Azote / Hydrogène ELEMENTRAC ONH-p 2

Résultats de mesure typiques de l'ONH-p2

Concentrations de O/N/H dans des échantillons de titane

Weight (mg)	Hydrogen (ppm)	Weight (mg)	Oxygen (ppm)	Nitrogen (ppm)
101.6	10.2	119.4	1150.6	95.8
101	11.1	115.7	1114.3	86.5
100.8	10.1	117.8	1159.5	104.7
101.8	9.9	123.1	1149.7	98.9
102	9.3	116.4	1205.1	97.7
100.5	12	116.4	1206.7	105.1
102.1	11.3	112.4	1183.0	101.5
104.7	9.5	118.5	1180.6	106.0
103.7	10.9	116.3	1120.3	93.8
103.9	10.5	118.0	1171.1	107.4
Average Value	10.480	-	1171,1	100.4
Deviation / Relative Deviation (%)	0.847 / 8.08%	-	37.9/3.2%	6.6/6.6%

Étant donné l'influence considérable de la teneur en oxygène, azote et hydrogène d'une matière première sur les pièces d'un avion qui sont importantes pour la sécurité, il est indispensable de mesurer de manière fiable les concentrations de ces éléments. L'analyseur de combustion ELEMENTRAC ONH-p2 d'ELTRA, avec son four à électrodes haute performance et ses détecteurs à large bande, est parfaitement adapté à la mesure de ces gaz à des concentrations faibles, moyennes et élevées dans des échantillons d'acier, d'aluminium et de titane.

Analyseur Carbone / Soufre CS-i

Etant donné que la teneur en carbone et en soufre a une grande influence sur la dureté et la maniabilité des matériaux tels que l'acier et le titane, leur analyse élémentaire précise est importante pour les applications dans l'industrie aéronautique. Le puissant four à induction de l'analyseur de soufre et de carbone CS-i permet la combustion des échantillons inorganiques dans une atmosphère d'oxygène pur à des températures supérieures à 2000 °C et jusqu'à quatre cellules infrarouges indépendantes à plages de mesure flexibles déterminent précisément la teneur en carbone et en soufre.

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Analyseur Carbone / Soufre ELEMENTRAC CS-i

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_{[1] Denis Bergoint dans lightweightdesign 06/2013 : (Technique de production et de fabrication)}
_{[2] Ikuhiro Inagaki, Nippon steel & Sumitomo metal technical report No 106 ; juillet 2014}
_{[3] https://news. berkeley.edu/2015/02/05/oxygen-titanium/}
_{[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_embrittlement}

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