ALLIAGES NON FERREUX: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, UTILISATIONS, EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Les alliages non ferreux sont ceux qui n'ont pas dans leur composition du fer métallique. Par conséquent, il ne se compose d'aucun des types d'aciers, et sa base principale peut être celle de tout autre élément métallique; comme l'aluminium, l'argent, le cuivre, le béryllium, le magnésium, le titane, etc.

Contrairement aux aciers denses, idéaux pour le support métallique des bâtiments et des câbles de pont, les alliages ferreux sont généralement plus légers et plus résistants à la corrosion. De là à cela, le nombre de ses applications augmente de façon exponentielle, chacune exigeant un type d'alliage spécifique, avec une composition métallique exacte.

Sculpture en bronze - un exemple d'alliage non ferreux. Source: Pixabay.

Certains des alliages non ferreux les plus anciens et les plus connus de l'histoire sont le bronze et le laiton. Les deux ont le cuivre comme base métallique, à la différence que dans le bronze, il est principalement mélangé avec de l'étain et dans le laiton avec du zinc. En fonction de leurs combinaisons et de leur composition, des bronzes et des laitons aux propriétés étendues peuvent émerger.

Et pour entrer dans le présent moderne, les alliages qui composent les appareils électroniques sont essentiellement non ferreux. De plus, le châssis des véhicules et aéronefs les plus sophistiqués est fait de ces alliages, pour leur donner une résistance au poids le plus bas possible.

Structures d'alliages non ferreux

Chaque métal a ses propres structures cristallines, qui peuvent être hcp (hexagonal compact), ccp (cubique compact), bcc (cubique centré sur le corps) ou autres.

Lorsqu'ils sont fondus et soudés en une solution solide qui cristallise ensuite, les atomes de tous les métaux se rejoignent par la liaison métallique, et les structures résultantes s'ajoutent ou se modifient.

Par conséquent, chaque alliage à une certaine composition aura ses propres structures cristallines. C'est pourquoi pour les étudier, on utilise plutôt les termes de phases (généralement notés α et β), représentés graphiquement dans un diagramme de phases en fonction de variables telles que la température, la pression et la composition.

A partir de ces diagrammes de phase, on peut prédire à quelle température (phase liquide) l'alliage non ferreux d'un système constitué de deux métaux ou plus fondra, ainsi que la nature de ses phases solides.

Supposons la paire argent-cuivre. En analysant son diagramme de phase, des informations physiques et structurelles peuvent être extraites des multiples alliages avec différentes combinaisons argent-cuivre (10% Ag et 90% Cu, 25% Ag et 75% Cu, etc.). Bien entendu, les métaux doivent être solubles les uns dans les autres pour pouvoir cristalliser en un alliage de manière homogène.

Propriétés

Les propriétés des alliages non ferreux sont très diverses. Pour les aciers, il n'est pas très difficile de généraliser, car ils présentent une synergie des propriétés du fer avec celles du fer-carbone, Fe-C. Au lieu de cela, les propriétés des alliages non ferreux dépendent principalement de la base métallique.

Par exemple, si les alliages sont de l'aluminium ou du magnésium, deux métaux légers, on s'attend à ce qu'ils soient légers. Si le titane, un métal plus dense, est mélangé avec un autre métal léger, l'alliage résultant doit être légèrement plus léger et plus flexible.

Si le cuivre et l'or sont connus pour être de bons conducteurs de chaleur et d'électricité, alors leurs alliages doivent offrir des matériaux moins chers, moins tendres et plus résistants aux travaux mécaniques et à la corrosion.

Si toutes les propriétés et caractéristiques de ce type d'alliages pouvaient être généralisées, il faudrait qu'ils soient: moins denses, mécaniquement plus résistants par rapport à leur poids, plus inertes contre l'oxydation provoquée par leur environnement, déformables, très conducteurs de chaleur et d'électricité. Pour le reste, il y a ses nombreuses exceptions.

Applications

Aluminium

Ce sont des alliages très légers, et donc leur structure doit être en bcc (le moins compact). Ils peuvent être déformés pour prendre plusieurs formes, telles que des canettes, pour stocker des aliments et des boissons.

Ils ont tendance à avoir une résistance élevée à la corrosion, mais elle est inversement proportionnelle à leur résistance mécanique, qui augmente lorsqu'ils sont mélangés avec du cuivre, du magnésium ou du manganèse. Ceux qui ont une meilleure résistance mécanique trouvent une utilisation comme pièces de carrosserie automobile et pour les pièces d'avion.

Titane

-Les alliages de titane trouvent de nombreuses applications pour la conception de prothèses osseuses et, en général, ce métal est hautement compatible avec les matrices physiologiques.

Il est également utilisé comme parties du cadre et de la surface des avions, des véhicules, des motos, des clubs de golf, entre autres artefacts et objets.

-Mélangé à l'aluminium, ses alliages ont été utilisés dans la construction des toits des temples et pagodes japonais, et dans les statues de leurs dragons.

argent

-Son alliage avec du graphite (Ag-C) a une faible résistance électrique et est donc utilisé comme composants de disjoncteurs.

-Mélangé avec du mercure, on obtient un amalgame avec 50% Hg et un pourcentage inférieur de cuivre et d'étain, qui est utilisé pour combler les défauts dentaires.

-Son alliage avec du cuivre lui confère une telle résistance qu'il crée des disques de coupe et des scies métalliques.

-En bijouterie il est utilisé dans un alliage de palladium et de platine, résistant aux rayures et à la perte de son éclat.

Magnésium

Ils sont plus denses que l'aluminium, mais sinon, leurs propriétés sont similaires. Ils résistent bien aux conditions atmosphériques, ils ont donc été utilisés pour la fabrication de pièces automobiles, dans des boîtes de vitesses, des roues, des missiles, bref, dans des machines à grande vitesse (ainsi que dans des vélos).

Béryllium

-Son alliage Be-Cu est utilisé pour les composants électroniques de petits appareils, tels que les smartphones, iPads, montres-bracelets, tablettes, etc.

-Les céramiques (mélangées avec du gallium, de l'arsenic ou de l'indium), sont utilisées dans les circuits électroniques à haute densité de courant.

-En médecine, les alliages de béryllium forgent nombre de ses instruments et appareils, tels que les stimulateurs cardiaques, les scalpels laser, les scanners, le châssis des équipements de résonance magnétique nucléaire, entre autres.

-Il fabrique également une partie des armes militaires et nucléaires, il a également fabriqué des miroirs pour les satellites avec des alliages de béryllium.

-Les outils forgés avec ces alliages ne produisent pas d'étincelles lorsqu'ils sont soumis à un frottement élevé.

Exemples

Quelques exemples spécifiques d'alliages non ferreux sont:

-Monel et Constantán, tous deux alliages nickel-cuivre, mais avec une composition de 2: 1 et 45% (55% cuivre), respectivement.

-Cromel, dont la composition est de 90% de nickel et 10% de cuivre. Il est utilisé dans le cadre du système électrique des fours industriels, capables de résister à des températures élevées.

-Ti-6Al-4V, un alliage de titane avec du vanadium, de l'aluminium et d'autres métaux, particulièrement utilisé à des fins biologiques.

-Stelite, un alliage de cobalt et de chrome.

-Magnalium, alliage d'aluminium à faible pourcentage de magnésium (inférieur ou égal à 10%). Ce sont pratiquement des feuilles d'aluminium plus résistantes à la traction et plus tenaces.

-Or blanc, dont la composition est constituée de 90% d'or avec 10% de tout métal blanc, comme l'argent ou le palladium.

Références

1. Dr C. Ergun. (sf). Alliages non ferreux.. Récupéré de: users.fs.cvut.cz
2. Nippon Steel et Sumitomo Metal Corporation. (2012). Matériaux de structure non ferreux (titane, aluminium).. Récupéré de: nipponsteel.com
3. WA Monteiro, SJ Buso et LV da Silva (2012). Application des alliages de magnésium dans le transport, nouvelles fonctionnalités sur les alliages de magnésium, Waldemar Alfredo Monteiro, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 48273.
4. Association de développement du cuivre. (2018). Cuivre et alliages de cuivre. Récupéré de: copperalliance.org.uk
5. Michael Oistacher. (7 mars 2018). Alliages d'argent et leurs utilisations. Récupéré de: mgsrefining.com
6. Terrence Bell. (26 septembre 2018). Applications du béryllium. Récupéré de: thebalance.com
7. Cosmolinux. (sf). Diagrammes de phase d'activités. Récupéré de: cosmolinux.no-ip.org