Qu'est ce qu'un alliage?
En général on entend par alliage une composition d'un métal principal avec un ou plusieurs éléments d'appoint, métalliques ou non. Une matière comprenant au moins un élément métallique et se comportant comme un métal se définit aussi comme un alliage.
La réalisation d'alliages à souvent l'avantage d'améliorer les propriétés du métal de base. On augmente en particulier la résistance mécanique et celle contre la corrosion.
Les alliages sont désignés d’abord par l'élément en plus grande proportion, ensuite par les appoints dans l'ordre décroissant de leur pourcentage. Dans un alliage tel que l’Aluminium silicium cuivre ; l'aluminium est l’élément principal, le silicium, le second élément, auquel s’ajoute, en moindre pourcentage, le cuivre.
Le rôle des alliages dans l'industrie de l'aluminium.
Dans la pratique l'aluminium est la plupart du temps allié à d'autres éléments, , principalement des métaux. Ceux-ci améliorent considérablement les propriétés du tout.
L'aluminium est protégé de la corrosion par des éléments bien définis. Dans l’industrie maritime par exemple, l'appoint de seuls quelques pour cent de magnésium permet de recourir à l’aluminium pour la construction de bateaux.
On peut optimiser l'alliage en fonction de son futur emploi. Ceci a étendu l'usage de l'aluminium à de nombreux domaines techniques qu’il ne connaîtrait pas sans cela.
En principe l'aluminium même à 99,9% est déjà un alliage. Toutefois les faibles proportions de fer et de silicium sont considérées comme de simples impuretés et n'influencent guère les propriétés de l'aluminium pur.
L'industrie de l'aluminium fait la distinction entre les alliages de fonderie et ceux de corroyage: les premiers servent à couler des pièces de formes. L’aluminium est alors allié à des appoints de magnésium, de silicium ou de cuivre. Les alliages de corroyage permettent la transformation plastique par filage à la presse, laminage ou forgeage. Les éléments d'appoint en sont le magnésium, le silicium, le cuivre, le manganèse, le zinc et le fer.
Importance et fonctions des alliages d'aluminium
Les caractéristiques de l'aluminium dépendent de toute une gamme de facteurs. Les éléments d'appoint qui lui sont ajoutés ou qui s'y trouvent par hasard jouent un rôle particulièrement important.
L'aluminium raffiné Al 99,99 est seulement utilisé comme conducteur électrique, pour tous les autres usages l'aluminium constitue une partie d’un alliage. Peu ou pas allié, on l’utilise donc sous la forme de composants pour l'industrie électrique et électronique mais encore sous la forme de feuilles ou de tôles minces destinées à l'industrie chimique ou au conditionnement de produits alimentaires.
La fonction des alliages est l'amélioration des caractéristiques de l'aluminium, en particulier la résistance mécanique – la plupart des métaux purs sont tendres – et la résistance à la corrosion.
Les éléments d’alliage sont principalement le cuivre (Cu), le silicon (Si), le magnésium (Mg), le zinc (Zn) et le manganèse (Mn). Dans de plus petites proportions on trouve également du plomb, du bore, du chrome, du nickel, du titane, du bismuth et du zirconium. Chacun parmi ces éléments entraîne (même à l'état de traces) des avantages et des inconvénients particuliers, en conséquence de quoi des combinaisons toujours plus variées répondent aux besoins spécifiques de l'utilisation future des alliages.
Les alliages d'aluminium sont réalisés par fusion ou frittage (cuisson à haute température de poudres métalliques dans des moules). Selon le procédé de transformation ultérieur envisagé, on choisis plutôt les alliages de fonderie ou plutôt ceux de corroyage .
Les formes d'alliages
Les alliages de fonderie sont spécifiques à la technique de la fonderie et la proportion de métaux d'appoint peut aller jusqu'à 20%. Les éléments d’appoint en question sont le silicium, le magnésium et le cuivre. Le métal premier est essentiellement de l’aluminium de seconde fusion (déchets d'aluminium recyclé). On privilégie en effet un métal aux propriétés fusibles avantageuses. L’élaboration des alliages de fusions sera ensuite déterminée selon le procédé approprié de fonderie (en sable, en coquille ou sous pression). Les meilleurs alliages de fonderie présentent en l’occurrence une proportion de silicium variant de 5 à 20%.
Les principaux alliages de fonderie
Les alliages de corroyage contiennent jusqu'à 10% de métaux d'appoint et sont destinés à être transformés. On distingue les alliages que l'on peut durcir par la trempe de ceux qui sont naturellement durs (non trempant):
* Dans le cas des les alliages non trempant la structure des éléments est stabilisée. Ces alliages sont facilement transformables.
* En ce qui concerne les alliages trempant les éléments alliés ne sont pas encore structurellement stables à température ambiante. Leur disposition structurelle définit leurs caractéristiques mécaniques. Lors du chauffage pour traitement thermique , les éléments se dissolvent complètement. L'état de la matière se stabilise enfin après la trempe (refroidissement).
L'appoint de magnésium donne des alliages résistants à l'eau de mer mais non trempant. En 1909 Alfred Wilm développa les Duralumins avec du cuivre, du manganèse et du magnésium, qui constituent le parfait exemple d’alliage trempant.
Lorsqu’il est question des alliages de corroyage, c’est leur déformation plastique qui importe le plus. Les principaux alliages de cette famille comportent des appoints de magnésium, de silicium, de manganèse, de cuivre et de zinc.
Les alliages de corroyage les plus importants
Les alliages-mères
Les alliages-mères sont des alliages ajoutés lors de la fusion pour ajuster la composition et/ou influencer la structure de la matière. Certains alliages-mères contiennent jusqu’à 50% de l'élément d'appoint de l'alliage à réaliser. Ils sont obtenus par fusion ou par mélange de composants puis compactage. On distingue deux types d'alliages-mères:
• Alliages-mères binaires
• Alliages-mères structurels
Le type binaire permet un fin réglage de la composition chimique. Les alliages-mères structurels servent l'orientation des grains et des fibres. Leurs proportions sont toutefois faibles. Pour le type structurel on distingue les trois applications suivantes:
Affinage du grain: : l'affinage de la structure de base a recours à des alliages-mères tels que : Al-Ti-B, Al-Ti, Al-B ou Al-Ti-C.
Raffinage: L'eutectique présent dans les alliages Al-Si est traité et affiné au moyen d’alliages-mères tels que Al-Sr ou au moyen de sodium.
Davantage d'informations sur le raffinage
Affinage du silicium: cela consiste en la transformation des lamelles de silicium en grains et en l’affinage du silicium primaire à l'aide de phosphore dans les alliages hypereutectiques Aluminium-Silicium. Dans ce cas particulier on y ajoute par exemple les alliages-mères : Cu-P, Fe-P ou Ni-P, ou quelque autre préparation phosphorée.
L'emploi d'alliages-mères est incontournable pour les entreprises de fonderie. Il permet la réduction du temps d’obtention d’un alliage et devient particulièrement utile lors du traitement des métaux alliés (fer, titane, nickel, etc.) ayant un point de fusion élevé. Il réduit également les pertes par calcination des éléments constituants de l’alliage. Cela prend sens compte tenu coût élevé de certains métaux d'appoint. D'autre part cela permet le traitement sans risque de certains métaux dont la fusion seule dégagerait des gaz toxiques.
La fabrication
Pour la fabrication des alliages-mères plusieurs procédés sont appliqués en fonction du système de l'alliage:
• La dissolution des éléments dans un métal en fusion
• La réduction aluminothermique des combinaisons comportant de l’aluminium excédentaire
• Le compactage de poudres métalliques
D'autres procédés comme la réduction par carbonisation, la réduction avec du magnésium ou par électrolyse sont aussi appliqués. Pour la production d'alliages-mères à partir de déchets dans le cadre du recyclage, on dissous le plus souvent les éléments d'appoint sous forme liquide ou solide dans du métal en fusion.
Les compositions chimiques et les formats de livraison
Pour la composition des alliages-mères binaires leur pureté constitue le facteur de qualité le plus important. Afin d'éviter la pollution lors de la fusion des alliages, seuls des traces infimes d’autres éléments sont tolérés dans leur composition chimique.
Les mêmes critères de qualités sont valables pour les autres alliages-mères. Leur haut degré de pureté garantit une structure conforme avec une taille et une répartition régulière des grains.
Les principales formes de livraison des alliages-mères sont les masselottess, les plaquettes, la grenaille,les coupes de pièces coulées, des fils et des poudres compactées.
Histoire de l'aluminium
Propriétés chimiques
Alliage d'aluminium
Recyclage de l'aluminium
Matière première et extraction
Écologie et environment
Propriétés physiques
Caractéristiques mécaniques et traitement
Santé et aspects sociaux
Importance économiques de l'aluminium
