Quels sont les avantages uniques des métaux légers ?

Un métal léger est un métal qui a une densité relativement faible; les sept premiers métaux du tableau périodique, qui comprennent le lithium, le béryllium, le sodium, le magnésium, l'aluminium, le potassium et le calcium, sont collectivement connus comme les «métaux les plus légers». À cet égard, l'aluminium et le magnésium sont couramment utilisés pour réduire le poids des composants et des structures. Le titane, bien qu'il ne fasse pas partie des sept métaux les plus légers, a une densité relativement inférieure à celle des métaux lourds; par conséquent, il est également considéré comme un métal léger et a des applications industrielles spécifiques.

Ci-dessous, nous discutons des propriétés uniques des métaux légers les plus couramment utilisés et de leurs applications industrielles spécifiques.

Propriétés et applications uniques des métaux légers

Les métaux légers sont couramment utilisés dans de nombreuses applications industrielles en raison de leurs propriétés chimiques, physiques et mécaniques uniques. Jetons un coup d'œil à certains des métaux légers les plus utilisés commercialement.

Lithium

Le lithium est le plus léger de tous les métaux, avec une masse atomique de 6,941 u et la densité la plus faible de 0,534 g/cm³. Il a un aspect brillant et est facile à couper, même avec un simple couteau lorsqu'une force suffisante est appliquée. Il s'oxyde rapidement à l'air libre à température ambiante, mais se comporte à l'opposé à des températures supérieures à 572 °F.

Le lithium est couramment utilisé dans :

• Batteries ioniques.
• Verre.
• Céramique.
• Émaux.
• Ciment.
• Adhésifs.
• Poudre de coulée continue.
• Climatisation industrielle.
• Médicaments.
• Graisses lubrifiantes.
• Peintures.

Les alliages lithium-aluminium sont également largement utilisés pour les applications aérospatiales.

Aluminium

L'aluminium a une faible densité de 2,7 g/cm³ et est donc léger. Il est trois fois plus léger que l'acier mais a un rapport résistance/poids beaucoup plus élevé. L'aluminium est très résistant à la corrosion, car il forme une fine couche d'oxyde autour de sa surface qui empêche tout contact ultérieur avec l'air et l'eau. Les conducteurs en aluminium ne pèsent que 30 % des conducteurs en cuivre mais ont une conductivité électrique double pour la même résistance électrique.

Différents éléments d'alliage tels que le zinc, le cuivre et le magnésium sont ajoutés à l'aluminium pur pour améliorer encore sa résistance. Les alliages d'aluminium sont disponibles en sept séries différentes, conçues pour répondre aux exigences d'application uniques.

Série Al	Élément(s) d'alliage principal	Propriétés	Applications
Série 1xxx	Aluminium pur à 99 %	Haute résistance à la corrosion, maniabilité et conductivité thermique et électrique	Lignes de transmission électrique
Série 2xxx	Cuivre	Force et ténacité	Applications aérospatiales
Série 3xxx	Manganèse	Bonne soudabilité et usinabilité	Usage général, canettes de boisson
Série 4xxx	Silicium	Bas point de fusion, haute ductilité	Fils à souder, charges de brasage
Série 5xxx	Magnésium	Haute résistance, haute résistance à la corrosion et excellente formabilité, usinabilité et soudabilité	Récipients sous pression, applications marines
Série 6xxx	Magnésium et silicium	Peut être traité thermiquement, hautement formable, bonne usinabilité	Aéronefs, cadres marins, assemblages de semi-conducteurs
Série 7xxx	Zinc	Le plus solide de toutes les séries, traitable thermiquement	Aéronefs, aérospatiale, équipements sportifs

Magnésium

Le magnésium a la masse la plus faible parmi les alliages utilisés pour le moulage sous pression. L'ajout de différents éléments améliore les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion du magnésium sans compromettre la propriété de légèreté. Les alliages de magnésium sont 30 % moins denses que l'aluminium, avec une densité de 1,7 à 2,0 g/cm³. Le magnésium excelle en tant que matériau de construction métallique le plus léger et a un faible coût de production en raison de son approvisionnement abondant dans la nature. Par conséquent, les industries aérospatiale et automobile modernes utilisent largement les alliages de magnésium pour réaliser des conceptions légères et à faible coût.

Le magnésium est couramment utilisé dans :

• Articles de sport.
• Produits ménagers.
• Matériel de bureau.
• Applications automobiles.
• L'industrie biomédicale.
• Carters de moteur et de boîte de vitesses d'avion.

Titane

Outre l'aluminium, le titane offre un excellent rapport résistance/poids. Le titane a une densité plus élevée que l'aluminium mais nécessite moins de matériau pour obtenir la même résistance. La résistance à la traction des alliages de titane peut aller jusqu'à 160 ksi, soit le double de celle des alliages d'aluminium. Il est aussi solide que l'acier mais ne pèse que 56 % de son poids. Lorsqu'il est allié à diverses traces d'autres métaux, le titane atteint une résistance et une maniabilité encore plus grandes.

Les alliages de titane peuvent être classés en plusieurs qualités commercialement pures et qualités d'alliages en termes de résistance, de résistance à la corrosion et de service à haute température. Par exemple, les poudres métalliques de bronze au titane sont utilisées dans la coulée de résine (coulée à froid), les revêtements décoratifs et la métallurgie des poudres pour obtenir une excellente résistance à la relaxation des contraintes. De plus, certains alliages de titane conservent leur résistance et leur ductilité même à des températures cryogéniques. Par exemple, les alliages Al25Zn avec des additifs de titane présentent d'excellentes propriétés de protection contre les rayons gamma et les neutrons. Cependant, les alliages de titane ont également un prix élevé, ce qui peut être difficile pour ceux qui doivent respecter des budgets stricts.

En tant que métal hautement réactif, le titane forme spontanément une couche protectrice d'oxyde dur lorsqu'il entre en contact avec l'oxygène sous l'eau ou à l'air libre. Il offre une excellente résistance à la corrosion par les acides, les alcalis et l'eau polluée. C'est le seul métal totalement insensible à la corrosion microbiologique induite par l'eau de mer.

Le titane est couramment utilisé dans :

• Moteurs à réaction.
• Implants médicaux.
• Équipement de sport.
• Cadres de vélo.
• Missiles.
• Vaisseaux spatiaux.
• Tuyaux de centrale.

Défis avec les métaux légers

Bien qu'il y ait de nombreux avantages à utiliser des métaux légers, il y a aussi quelques inconvénients. Ci-dessous, nous discutons de certains des défis liés à l'utilisation de métaux légers, notamment les difficultés d'usinage et les coûts élevés des matériaux.

Difficulté d'usinage

La déformation des pièces est une grande préoccupation lors de l'usinage de métaux légers. Il est impératif de maintenir un serrage sans distorsion qui donne de la rigidité aux matériaux fragiles et délicats. Les métaux comme le titane nécessitent une résistance de coupe inférieure grâce à la technologie de coupe par impulsions pour éviter la distorsion due aux charges thermiques élevées.

Coût matériel élevé

L'utilisation d'alliages légers dans le processus de fabrication augmente les coûts du projet, car bon nombre de ces alliages peuvent être assez coûteux. Pour compenser ces coûts, il vaut la peine d'envisager d'utiliser des restes de métal vérifiés pour obtenir les caractéristiques souhaitées de votre produit final, mais à un coût de fabrication inférieur.

Déchets de matériaux

Un manque d'expérience et d'outils de coupe haut de gamme peut entraîner la génération de déchets métalliques lors de l'usinage de métaux légers. Ceci, à son tour, entraînera des achats excessifs et un dépassement de votre budget de production à long terme.

En l'absence d'expertise et d'équipement de coupe à la pointe de la technologie, il est préférable de s'associer à un fournisseur de métaux local pour obtenir vos métaux légers coupés à temps.

Métaux légers coupés avec précision dans la région de la baie et au-delà

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