Qu’est-ce qu’un alliage métallique?

Savez-vous que la majorité des  » métaux  » que nous utilisons ne sont en fait pas du tout des métaux ? Plutôt que des métaux, ces matériaux sont des alliages et ils sont partout autour de nous ! Des obturations dentaires aux avions, les alliages occupent une place importante dans notre vie quotidienne. Découvrez ici ce qu’est exactement un alliage et comment ils sont fabriqués.

Qu’est-ce qu’un métal ?

Un métal est l’élément chimique pur, comme celui que vous trouveriez sur le tableau périodique. 91 des 118 éléments du tableau périodique sont des métaux – ce qui en fait certains des éléments les plus abondants au monde.

Sur le tableau périodique, tous les éléments sont divisés en métaux et non-métaux. Ce qui fait qu’un élément est un « métal », c’est qu’il est présent naturellement dans la nature, qu’il a un éclat, qu’il est un bon conducteur de chaleur et d’électricité et qu’il est beaucoup plus dense que les non-métaux.

Il existe 5 grandes catégories de métaux :

• Métaux de base
• Métaux ferreux
• Métaux nobles
• Métaux précieux
• Métaux lourds

Métaux de base

Les métaux de base sont très courants dans la croûte terrestre et, en raison de leur quantité, ils sont peu coûteux. Les métaux de base sont différents des autres métaux car ce sont eux qui se corrodent ou s’oxydent le plus facilement. Ils sont extrêmement réactifs et des éléments comme l’oxygène, l’eau, les acides et le fait d’être à côté d’un autre métal peuvent les corroder. (Apprenez-en plus sur les raisons pour lesquelles les métaux rouillent ici.)

Il existe quelques définitions différentes du « métal de base ». Dans le domaine minier et économique, les métaux de base sont les métaux qui n’entrent dans aucune des autres catégories comme le cuivre, le plomb, le zinc et le nickel.

Métaux ferreux

Métaux ferreux signifie que le métal contient du fer. Les métaux non ferreux sont généralement plus chers, car ils sont moins lourds, plus conducteurs, non magnétiques et résistants à la corrosion. Les métaux non ferreux comprennent l’aluminium, le cuivre, le plomb, le nickel, l’étain et le zinc.

Métaux nobles

Les métaux nobles sont célèbres pour leur résistance à la corrosion et à l’oxydation, contrairement aux métaux de base. Ce sont généralement des métaux rares ou précieux. Les scientifiques ne sont pas d’accord sur la catégorisation exacte de chaque élément du tableau périodique, mais les métaux les plus communément admis qui entrent dans la catégorie « noble » sont l’or, l’argent, le ruthénium, le rhodium, le palladium, l’osmium, l’iridium et le platine. Bien que certains métaux précieux soient des métaux nobles, et que les métaux nobles soient souvent chers en raison de leurs utilisations variées (dans l’art, la haute technologie, la joaillerie), les termes « métal noble » et « métal précieux » ne sont pas synonymes.

Métaux précieux

Les métaux précieux sont des éléments rares présents naturellement dans la croûte terrestre. Les plus célèbres sont l’or et l’argent, mais d’autres métaux précieux sont le ruthénium, le rhodium, le palladium, l’osmium, l’iridium et le platine. Bien qu’il soit le troisième élément le plus courant de la Terre et le métal le plus abondant, l’aluminium a été considéré pendant un certain temps comme un métal précieux. C’est parce qu’il était très difficile de l’extraire de manière fiable de ses différents minerais.

Certains des invités les plus importants de Napoléon III recevaient des couverts en aluminium, tandis que les visiteurs plus modestes devaient manger avec de maigres ustensiles en argent. Le prix a beaucoup baissé après 1882 et l’invention de nouveaux procédés de production électrique commerciale a rendu l’extraction de l’aluminium beaucoup plus facile.

Métaux lourds

Les métaux lourds sont définis comme étant très denses. C’est à peu près tout ! Des définitions plus précises ont été proposées, mais la communauté scientifique n’en a pas encore arrêté une. Certains métaux lourds sont notoirement toxiques, tandis que d’autres sont très importants à consommer dans votre alimentation à l’état de traces ! Certains métaux lourds comme le cadmium, le mercure et le plomb sont extrêmement toxiques. En revanche, des métaux comme le fer, le cobalt et le zinc remplissent des fonctions très importantes dans l’organisme ! Vous pouvez même acheter du fer et du zinc sous forme de suppléments dans les magasins d’aliments naturels.

Le reste des métaux lourds comme le gallium, le thallium, le ruthénium, l’indium et l’argent sont plutôt inoffensifs. Vous pouvez trouver des métaux lourds en particulier utilisés un peu partout ! Ils sont utilisés dans les clubs de golf, les voitures, les antiseptiques, les fours autonettoyants, les plastiques, les panneaux solaires, les téléphones portables, les puces informatiques et même les accélérateurs de particules dans les centrales nucléaires !

Qu’est-ce qu’un alliage métallique ?

Les alliages, eux, sont des matériaux fabriqués par l’homme. Vous les fabriquez en combinant un élément métallique avec quelque chose d’autre. Les alliages peuvent impliquer la combinaison d’un métal avec des métaux, des non-métaux, ou les deux.

La fonte est un excellent exemple d’alliage non métallique (ce qui est un peu trompeur, car tous les alliages ont un « métal » – cela fait référence au deuxième ingrédient ou à l’ingrédient ajouté). Le fer est un mélange de fer et de carbone. Sa teneur en carbone peut varier de 2 à 3 %. (Apprenez-en plus sur la fonte et le fer forgé ici !)

Les alliages ont aussi parfois des noms amusants ! Comme Alnico, un alliage de fer, d’aluminium, de nickel, de cobalt, de cuivre et/ou de titane. Certains de leurs noms sont un amalgame des noms des agents d’alliage. D’autres fois, ils deviennent simplement si populaires qu’ils obtiennent leur propre nom à consonance plus « quotidienne », comme le fer forgé.

On peut vraiment trouver des alliages partout. En fait, ils sont peut-être plus courants que leurs cousins « métaux » purs.

Vous les trouverez dans les plombages dentaires (amalgame), les micros de guitare (alnico), se posant comme des instruments de musique ou des poignées de porte (laiton), comme bijoux (or blanc), comme œuvres d’art (statues de bronze), dans les voitures et les avions (duralumin), sur les armes à feu (gunmetal), à l’intérieur des appareils électroniques (soudure), à l’intérieur des centrales nucléaires (magnox), tenant les bâtiments (acier), et même sur votre table de salle à manger (étain) !

Il existe plus de 160 alliages différents connus !

Structures des alliages métalliques

Lorsque le métal est agrandi au microscope électronique, les atomes apparaissent dans une structure de réseau cristallin. Dans cette structure se trouvent également des agents d’alliage. Typiquement, il existe deux types de structures d’alliage : les alliages de substitution et les alliages interstitiels. Les alliages de substitution se produisent lorsque les atomes d’un agent d’alliage remplacent les atomes d’un métal principal. Les alliages interstitiels, quant à eux, se produisent lorsque les alliages se forment en raison de la diminution de la taille des agents d’alliage par rapport au métal principal.

Comment fabrique-t-on les alliages métalliques ?

Il existe 3 méthodes principales pour créer des alliages métalliques :

• Chauffage et fusion
• Métallurgie des poudres
• Implantation d’ions

Chauffage et fusion

Le chauffage et la fusion sont l’une des méthodes les plus couramment utilisées pour créer des alliages. Ce n’est pas vraiment très différent de la cuisine !

Le métal parent (le métal le plus élevé en % dans l’alliage) est fondu, et tous les autres métaux sont fondus jusqu’à ce qu’ils deviennent liquides. Ensuite, on les verse les uns dans les autres et on les mélange, puis on les laisse refroidir pour obtenir ce qu’on appelle une « solution solide ». Un peu comme l’équivalent en bloc de métal solide de mélanger du sel dans l’eau jusqu’à ce qu’il se dissolve.

Métallurgie des poudres

La métallurgie des poudres est très cool, c’est probablement la chose la plus proche de l’alchimie que nous ayons aujourd’hui.

D’abord, le métal parent et les agents d’alliage doivent être transformés en poudres ! Il existe quelques méthodes principales pour y parvenir :

Le procédé de fer spongieux est la plus ancienne des techniques de poudrage. Le minerai est mélangé avec ce qu’on appelle un brise-coke (qui est ce qui reste du charbon après qu’on l’ait brûlé), et de la chaux afin de fabriquer un soufre spécial qui évite la contamination avec le métal de base en poudre.

Le mélange de coke et de chaux (pas comme les cocktails !) et le minerai sont ensuite mis dans un tambour spécial, le coke et la chaux prenant en sandwich le minerai entre eux.

Puis le tambour est surchauffé dans un four. Les ingrédients laissent derrière eux un objet ressemblant à une  » génoise  » et un laitier. Dans les étapes suivantes, l’éventuelle poudre est séparée des scories et elle est écrasée en une forme de « poudre » plus uniforme.

La poudre est ensuite chauffée, et super comprimée en un alliage !

Les autres façons dont les métaux parents sont transformés en poudre sont par atomisation (presque comme les centrales nucléaires utilisent), où le métal en fusion est poussé à travers un tube très étroit – ce qui le rend sous haute pression. Un gaz est injecté dans le flux de métal en ébullition exactement au moment où il sort de ce tube, la combinaison de la pression, de la température et des molécules de gaz sépare les atomes du métal.

Les poudres sont ensuite mélangées, et fondues ensemble en une « solution solide » !

La poudre de fer créée avec le procédé de l’éponge de fer est la moins chère sur le marché mondial !

Implantation ionique

La dernière méthode courante de création d’alliages est l’implantation ionique.

Les « ions » proviennent de l’électricité, donc la méthode d’implantation ionique implique une « source d’ions » (qui ne fait que créer de l’électricité en gros), un accélérateur où les ions sont accélérés vraiment très rapidement (la friction, et la rotation rapide crée de la chaleur qui accélère les molécules), et une chambre cible où les ions sont jetés une fois qu’ils ont terminé.

La méthode d’implantation ionique est vraiment la meilleure pour créer de très petits morceaux de métal. C’est la méthode la plus courante pour créer des semi-conducteurs sur les puces d’ordinateur.

Voici une animation de ce processus :

Fournitures et services métalliques à Tampa Steel and Supply

Les alliages métalliques sont utilisés dans une variété de projets, de la construction résidentielle et commerciale à la production de voitures et plus encore. Si vous travaillez avec des alliages métalliques, Tampa Steel and Supply peut vous aider. Nous avons en stock une liste exhaustive de produits métalliques, de fournitures de fabrication et de services supplémentaires qui peuvent vous aider à réaliser votre projet. Pour en savoir plus sur nos produits et services, appelez-nous dès aujourd’hui ou passez à notre salle d’exposition à Tampa.

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