MÉTAUX NON FERREUX: STRUCTURE, TYPES, CARACTÉRISTIQUES - CHIMIE - 2025

Les métaux non ferreux sont ceux qui n'ont pas ou des quantités négligeables de fer. Ceux-ci, dans des proportions de masse différentes, sont utilisés pour créer des alliages qui présentent de meilleures propriétés physiques que les métaux individuels.

Ainsi, leurs structures cristallines et leurs interactions métalliques sont la pierre angulaire des applications d'alliages non ferreux. Cependant, ces métaux purs trouvent moins d'utilisations car ils sont très sensibles et réactifs. Pour cette raison, ils fonctionnent le mieux comme base et additif pour les alliages.

Le bronze est un alliage non ferreux; Il se compose principalement d'un mélange doré de cuivre et d'étain (statue dans l'image ci-dessus). Le cuivre de l'alliage s'oxyde et forme du CuO, un composé qui noircit sa surface dorée. Dans les environnements humides, CuO hydrate et absorbe le dioxyde de carbone et les sels pour former des composés bleu-vert.

Par exemple, la Statue de la Liberté est recouverte de couches de carbonates de cuivre (CuCO ₃) connues sous le nom de patine. En général, tous les métaux rouillent. En fonction de la stabilité de leurs oxydes, ils protègent les alliages à un degré moindre ou supérieur contre la corrosion et les facteurs externes.

Structure

Le fer n'est qu'un de tous les métaux de la nature, de sorte que les structures et les alliages de métaux non ferreux sont plus diversifiés.

Cependant, dans des conditions normales, la plupart des métaux ont trois structures cristallines établies par leurs liaisons métalliques: hexagonale compacte (hcp), cubique compacte (ccp) et cubique centrée sur le corps (bcc).

Hex compact (hcp)

Des trois structures, c'est la moins dense et la moins compacte, étant en même temps celle avec les interstices de plus grand volume.

Par conséquent, il accueille plus facilement de petites molécules et des atomes. De même, dans ce cube, chaque atome est entouré de huit voisins.

Exemples

- Vanadium (V).

- Niobium (Nb).

- Chrome (Cr).

- Métaux alcalins.

- Tungstène (W).

En outre, il existe d'autres structures, telles que les cubiques simples et d'autres plus complexes qui consistent en des arrangements moins denses ou déformés des trois premiers. Cependant, les structures cristallines ci-dessus ne s'appliquent qu'aux métaux purs.

Dans des conditions d'impureté, de haute pression et de température, ces agencements sont déformés et, lorsqu'ils sont des composants d'un alliage, ils interagissent avec d'autres métaux pour générer de nouvelles structures métalliques.

En fait, la connaissance exacte et la manipulation de ces agencements permettent la conception et la fabrication d'alliages avec les propriétés physiques souhaitées dans un but précis.

Les types

De manière très générale, les métaux non ferreux peuvent être classés en trois types: lourds (plomb), légers (cuivre et aluminium) et ultralégers (magnésium). À leur tour, ils sont divisés en deux sous-classes: ceux avec des points de fusion moyens et ceux avec des points de fusion élevés.

D'autres types de métaux non ferreux correspondent aux métaux nobles (ou précieux). Des exemples de ceux-ci sont des métaux avec des structures ccp (à l'exception de l'aluminium, du nickel et autres).

De même, les métaux des terres rares sont considérés comme non ferreux (cérium, samarium, scandium, yttrium, thulium, gadolinium, etc.). Enfin, les métaux radioactifs sont également considérés comme non ferreux (polonium, plutonium, radium, francium, astate, radon, etc.).

Caractéristiques et propriétés

Bien que les caractéristiques et propriétés des métaux varient à l'état pur et dans les alliages, ils présentent des généralités qui les différencient des métaux ferreux:

- Ils sont malléables et d'excellents conducteurs électriques et thermiques.

- Ils sont moins affectés par les traitements thermiques.

- Ils ont une plus grande résistance à l'oxydation et à la corrosion.

- Ils ne présentent pas autant de paramagnétisme, ce qui leur permet d'être des matériaux utilisés pour des applications électroniques.

- Ses processus de fabrication sont plus faciles, notamment le moulage, le soudage, le forgeage et le laminage.

- Ils ont des colorations plus attrayantes, ils trouvent donc des utilisations comme éléments ornementaux; de plus, ils sont moins denses.

Certains de ses inconvénients par rapport aux métaux ferreux sont: une faible résistance, des coûts élevés, des demandes plus faibles et une moindre abondance de minéraux.

Exemples

Dans l'industrie métallurgique, il existe de nombreuses options pour la fabrication de métaux non ferreux et d'alliages; les plus courants sont: le cuivre, l'aluminium, le zinc, le magnésium, le titane et les superalliages à base de nickel.

Cuivre

Le cuivre a été utilisé pour une grande variété d'applications en raison de ses propriétés avantageuses, telles que ses conductivités thermiques et électriques élevées.

Il est solide, malléable et ductile, de sorte que de nombreux modèles pratiques peuvent en être obtenus: des tuyaux aux pots en passant par les pièces de monnaie. Il a également été utilisé pour renforcer la quille des navires et trouve une grande utilité dans l'industrie électrique.

Bien qu'à son état pur il soit très mou, ses alliages (entre ces laiton et bronze) sont plus résistants et sont protégés par des couches de Cu ₂ O (oxyde rougeâtre).

Aluminium

C'est un métal considéré comme léger en raison de sa faible densité; il présente des conductivités thermiques et électriques élevées et résiste à la corrosion grâce à la couche d'Al ₂ O ₃ qui protège sa surface.

Compte tenu de ses propriétés, c'est un métal idéal notamment dans l'aéronautique, l'automobile et la construction, entre autres.

Zinc et magnésium

Les alliages de zinc (comme le KAYEM, avec 4% d'aluminium et 3% de cuivre en masse) sont utilisés pour la fabrication de pièces moulées complexes. Il est destiné aux travaux de construction et d'ingénierie.

Dans le cas du magnésium, ses alliages trouvent des applications en architecture, ainsi que dans les logements de vélos, dans les parapets de ponts et dans les structures soudées.

Il trouve également une utilisation dans l'industrie aérospatiale, dans les machines à grande vitesse et dans les équipements de transport.

Titane

Le titane forme des alliages légèrement légers. Ils sont super résistants et sont protégés de la corrosion par une couche de TiO ₂. Son extraction est coûteuse et présente une structure cristalline cb supérieure à 882 ºC.

De plus, il est biocompatible, il peut donc être utilisé comme matériau pour les prothèses et implants médicaux. De plus, le titane et ses alliages sont présents dans les machines, dans la marine, dans les composants des jets et dans les réacteurs chimiques.

Superalliages

Les superalliages sont des phases solides très fortes composées de nickel (comme métal de base) ou de cobalt.

Ils sont utilisés comme aubes dans les turbines et les moteurs d'avion, dans les matériaux de réacteur qui supportent les réactions chimiques agressives et dans les équipements d'échangeurs de chaleur.

Références

1. Kateřina Skotnicová, Monika Losertová, Miroslav Kursa. (2015). Théorie de la production de métaux et alliages non ferreux. Université technique d'Ostrava.
2. Dr C. Ergun. Alliages non ferreux. Extrait le 21 avril 2018 de: users.fs.cvut.cz
3. Adana Science and Technology. Métaux non-ferreux. Extrait le 21 avril 2018 de: web.adanabtu.edu.tr
4. Sánchez M. Vergara E., Campos I. Silva E. (2010). Technologie des matériaux. Editorial Trillas SA (1ère édition, Mexique). Page 282-297.
5. Matériaux ferreux et métaux et alliages non ferreux.. Extrait le 21 avril 2018 de: ikbooks.com
6. La différence entre les métaux ferreux et non ferreux. (2015, 23 septembre). Extrait le 21 avril 2018 de: metalsupermarkets.com
7. Wonderopolis. (2018). Pourquoi la statue de la liberté est-elle verte? Extrait le 21 avril 2018 de: wonderopolis.org
8. Moises Hinojosa. (31 mai 2014). La structure cristalline des métaux. Extrait le 21 avril 2018 de: researchgate.net
9. Tony Hisgett. (18 mars 2009). Raccords en cuivre.. Extrait le 22 avril 2018 de: flickr.com
10. Brandon Baunach. (22 février 2007). six-pack-papier-poids. Extrait le 22 avril 2018 de: flickr.com