Plusieurs types d’alliages métalliques de vanadium sont produits industriellement pour un certain nombre d’applications différentes. Le vanadium est le plus souvent allié au fer dans divers alliages d’acier, mais il est également allié à des matériaux tels que le titane et le gallium. Le vanadium métallique est utilisé pour sa haute résistance et sa capacité à maintenir cette résistance à haute température. Certains alliages de vanadium ont également d’autres propriétés utiles, telles que la supraconductivité et la résistance à la corrosion.
Le vanadium est un métal gris argenté. C’est l’élément 23 du tableau périodique, et sa forme la plus courante a un poids atomique de 50.9. Il est mou et ductile, avec un point de fusion de 3470°F (1910°C, ou 2183°K). Il ne se trouve jamais à l’état pur dans la nature et est extrait pour l’usage humain de minéraux tels que la vanadinite, la magnétite et la carotite, généralement sous forme d’oxyde de vanadium (V205), également appelé pentoxyde de vanadium. Il possède deux isotopes naturels, avec la grande majorité du vanadium sous forme de vanadium-51, qui est stable, et un faible pourcentage sous forme d’isotope radioactif vanadium-50.
Un alliage fer-vanadium composé d’au moins 35 pour cent de vanadium est appelé ferrovanadium. Le ferrovanadium est utilisé dans la production d’aciers à base de vanadium et de fer, la principale utilisation du vanadium métal. Ces alliages d’acier comprennent également parfois d’autres métaux d’alliage, tels que le nickel, l’aluminium et le chrome.
Le vanadium confère à l’acier une plus grande résistance et de meilleures performances à haute température. Les aciers au vanadium à haute teneur en carbone ont de très petites quantités de vanadium, environ 0.15 pour cent à 0.25 pour cent. Les aciers à outils rapides peuvent avoir une teneur en vanadium métallique beaucoup plus élevée, jusqu’à 14.5%. Les alliages d’acier contenant du vanadium sont souvent utilisés dans des applications qui nécessitent une résistance et une résistance à la chaleur, telles que les outils de coupe et les pièces de moteur.
Le vanadium est également utilisé dans les alliages de titane, généralement en combinaison avec l’aluminium métallique. Ces alliages, qui contiennent généralement environ 4 % de vanadium, sont coûteux mais peuvent présenter une résistance et une ténacité excellentes qui sont maintenues à des températures très élevées. Ils sont également légers et résistants à la corrosion. Les alliages de titane contenant du vanadium sont couramment utilisés pour les applications aérospatiales et militaires qui nécessitent une résistance élevée à la chaleur, comme dans les moteurs et les turbines, et dans les moteurs des automobiles hautes performances. Ils ont également une biocompatibilité élevée, ce qui signifie qu’ils n’ont pas d’effets toxiques sur les tissus vivants ou ne provoquent pas de réponses néfastes du système immunitaire, et sont donc souvent utilisés dans les dispositifs médicaux implantés.
Le vanadium allié au gallium est un alliage supraconducteur utilisé dans les aimants supraconducteurs. Un supraconducteur est un matériau qui conduit l’électricité sans résistance électrique à très basse température. Le vanadium-gallium devient supraconducteur à une température de seulement 14.2° Kelvin au-dessus du zéro absolu (-434.1°F ou -258.9°C). Les alliages vanadium-gallium peuvent également contenir de petites quantités d’autres éléments tels que le niobium, l’étain ou le platine.