Un alliage est une substance fabriquée en combinant ensemble deux ou plusieurs éléments dont l’élément primaire est un métal. La plupart des alliages se forment en faisant fondre les éléments ensemble. En refroidissant, un alliage se cristallise en un solide, un composé intermétallique ou un mélange qui ne peut être séparé par une méthode physique. Bien qu’un alliage puisse contenir des métalloïdes ou des non-métaux, il présente les propriétés d’un métal.
Le métal primaire d’un alliage est appelé sa base, son solvant ou sa matrice. Les éléments secondaires sont appelés solutés. Les éléments indésirables sont appelés impuretés. Si l’alliage est composé de seulement deux éléments, le résultat est un alliage binaire. S’il est composé de trois éléments, le résultat est un alliage ternaire. Faire varier le pourcentage d’éléments crée des systèmes binaires, des systèmes ternaires, des systèmes quaternaires, et ainsi de suite.
Exemples d’alliages
Des exemples familiers d’alliages sont le laiton, le bronze, l’acier inoxydable, l’or 14k, l’argent sterling et la fonte.
- Alnico : L’Alnico contient au moins 50% de fer, avec de l’aluminium, du nicket, du cobalt et d’autres métaux. Il est utilisé dans les micros de guitare électrique et les aimants de haut-parleurs.
- Amalgame : Un amalgame est un alliage de mercure. Le mercure pur étant un élément liquide, les amalgames ont tendance à être pâteux. Le mercure a également une pression de vapeur élevée, donc parfois un amalgame est chauffé pour chasser le mercure, laissant les autres composants.
- Laiton : Le laiton est un alliage de cuivre avec de l’étain et parfois d’autres éléments. Parce qu’il est dur et résistant, le laiton trouve son utilisation dans les pièces usinées et les appareils de plomberie.
- Bronze : Le bronze est un alliage de cuivre et d’étain, parfois avec d’autres éléments. Le bronze trouve son utilisation dans les statues et certains instruments de musique.
- Fonte : La fonte est un exemple d’alliage contenant un non-métal. Il s’agit de fer avec au moins 2% de carbone.
- Electrum : L’électrum est un alliage naturel d’argent et d’or.
- Or 14k : L’or 14k est composé à 58,5 % d’or, généralement avec de l’argent, du cuivre et du zinc. L’alliage de l’or le rend plus dur et plus résistant.
- Or 18k : l’or 18k est composé à 75 % d’or, généralement avec du cuivre, du nickel ou du zinc. L’alliage conserve la couleur et l’éclat de l’or, mais est plus dur et plus résistant que l’élément pur.
- Fer météoritique : Les météorites ont une composition variable, mais certaines sont des alliages naturels de fer et de nickel.
- Nitinol : Le nitinol est composé de 50-55% de nickel avec 45-50% de titane. C’est un alliage à mémoire de forme utilisé dans les montures de lunettes, les articles médicaux et les interrupteurs de température.
- Etain : L’étain est un alliage d’étain. Les autres éléments peuvent être du cuivre, de l’antimoine ou du plomb. L’étain est plus solide que l’étain pur, malléable, et résiste à l’effritement à basse température.
- Argent sterling : L’argent sterling est composé à 92,5% d’argent, généralement avec du cuivre, mais parfois avec d’autres éléments. L’alliage de l’argent le rend plus dur et plus durable, mais il est également sujet à la ternissure.
Comment les alliages sont fabriqués
Deux méthodes conduisent à la formation d’alliages. Ces méthodes peuvent être combinées pour former un troisième type d’alliage.
- Alliage substitutif – Un alliage substitutif se forme lorsqu’un atome s’échange avec un autre atome de taille comparable. Le laiton et le bronze sont des exemples d’alliages de substitution. L’étain ou le zinc, respectivement, remplacent certains des atomes de cuivre dans le réseau cristallin.
- Alliage interstitiel – Un alliage interstitiel se forme lorsque des atomes plus petits sont piégés dans le réseau cristallin d’atomes plus grands. L’acier est un exemple d’alliage interstitiel. Les atomes de carbone s’insèrent dans les interstices de la matrice cristalline du fer.
Certains alliages se forment à partir d’une combinaison d’échanges d’atomes et de mécanismes interstitiels. Par exemple, l’acier inoxydable a des atomes de carbone dans ses interstices, plus des atomes de nickel et de chrome qui remplacent certains atomes de carbone.
Utilisations des alliages
Par conception, les alliages ont des propriétés chimiques et physiques supérieures pour une application à celles d’un élément pur. Ainsi, plus de 90 % des métaux utilisés dans le commerce sont des alliages. Les alliages apportent des améliorations par rapport aux éléments purs en termes de résistance à la corrosion, de résistance à la chaleur, de dureté, d’usinabilité, d’amélioration de l’usure ou de propriétés électriques ou magnétiques particulières. Parfois, l’amélioration reflète simplement la rentabilité, lorsqu’un alliage conserve les propriétés clés d’un métal pur mais est moins cher.
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