Guide complet des matériaux métalliques :types, propriétés et applications pratiques

Propriétés des métaux

Les métaux ont diverses propriétés qui les rendent adaptés à diverses applications. Voici quelques-unes des propriétés physiques et chimiques des métaux.

1. Malléabilité

Cette caractéristique du métal permet à un métal d'être battu ou plié sous différentes formes sans se briser. Sa malléabilité explique pourquoi il peut être martelé à plat en diverses feuilles comme du papier d'aluminium. Les ions métalliques sur la structure glissent les uns sur les autres lorsqu'une force est appliquée.

2. Ductilité

Les matériaux métalliques peuvent être étirés sous différentes formes pour fabriquer des fils fins. La ductilité du métal lui permet d'être étiré en fils destinés à être utilisés pour les câbles ou pour le soudage. Un bon exemple de métal ductile est le cuivre.

3. Conductivité

Les métaux sont de bons conducteurs de chaleur et d’électricité grâce aux électrons libres présents à leur surface. De plus, les métaux comme l’argent conduisent parfaitement la chaleur et sont utilisés pour les matériaux ayant cet effet. Le cuivre, utilisé dans les fils, conduit également bien l'électricité.

4. Brillant

Certains métaux sont naturellement brillants ou lustrés. La présence d’électrons libres à la surface des métaux les amène à réfléchir la lumière. Ainsi, les surfaces métalliques paraissent brillantes ou lustrées. Cette caractéristique facilite le vernissage après le polissage ou la peinture du métal.

5. Point de fusion et d'ébullition élevé

Les ions et les molécules métalliques sont étroitement liés par une forte force chimique qui crée une structure en réseau. Ainsi, une énergie thermique élevée est nécessaire pour rompre ces liaisons, conduisant à des points de fusion et d'ébullition élevés.

6. Haute densité

En raison du regroupement des atomes et des molécules, les métaux ont une densité élevée. Cette caractéristique les rend solides et fermes pour une utilisation dans divers domaines.

7. Très réactif

Les métaux sont des éléments très réactifs et se combinent facilement chimiquement avec d’autres éléments. Cette fonctionnalité est utile lors de la galvanoplastie et de l'anodisation, car les métaux s'engagent facilement dans les substrats. Par exemple, le zinc réagit facilement avec les acides, le sodium réagit bien avec l'eau et de nombreux métaux réagissent bien avec l'oxygène.

Quelles sont les catégories de métal ?

Les métaux sont classés principalement en fonction de leurs propriétés physiques ou chimiques. Dans cette section, nous examinerons quelques catégories sous les deux.

Métaux ferreux

Les métaux ferreux sont des métaux qui contiennent du fer (Fe) dans leur composition, tandis que les métaux non ferreux n'en contiennent pas. Ils ont une teneur élevée en carbone, ce qui les rend plus résistants que les métaux non ferreux. Cependant, cela les rend sujets à la rouille lorsqu'ils entrent en contact avec l'eau.

Des exemples de métaux ferreux comprennent la fonte, le fer forgé, l'acier, l'acier allié et l'acier au carbone. Ils sont magnétiques et donc utilisés à des fins électriques. Ils sont utiles dans de nombreuses industries commerciales comme l'automobile, les voies ferrées et les conteneurs maritimes.

Métaux non ferreux

Les métaux non ferreux sont des métaux qui ne contiennent pas de fer (Fe). Les métaux comme l’aluminium, le cuivre, le laiton et le zinc ne contiennent pratiquement aucun élément ferrique dans leur composition, c’est pourquoi ils sont appelés non ferreux. Ils sont résistants à la rouille car ils ne réagissent pas facilement activement avec l'eau ou l'oxygène, qui sont les éléments responsables de la rouille.

De plus, ils ne sont pas magnétiques, c’est pourquoi ils sont utiles dans le câblage et la fabrication électronique. Les métaux non ferreux sont connus pour être malléables, c'est pourquoi ils sont plus faciles à façonner et à former que les métaux ferreux. Ils sont principalement utilisés dans diverses activités commerciales et industrielles en raison de leur haute résistance à la corrosion, de leur conductivité et de leur légèreté.

Liste complète des éléments métalliques

Les métaux du tableau périodique sont regroupés selon des blocs, des groupes et des périodes. Les lignes du tableau périodique indiquent le rayon atomique, l'énergie d'ionisation et l'électronégativité, tandis que les colonnes montrent les propriétés chimiques dues au même nombre d'atomes. Ils comprennent :

• Métaux alcalins
• Métaux alcalino-terreux
• Métaux de transition
• Métaux post-transition
• Lanthanides
• Actinides
• Métaux nobles
• Métaux précieux

S.NoNuméro atomiqueSymboleMétal Éléments13LiLithium24BeBéryllium311NaSodium412MgMagnésium513AlAluminium619KPotassium720CaCalcium821ScScandium922TiTitane1023VVanadium1124CrChrome1225MnMan ganese1326FeFer1427CoCobalt1528NiNickel1629CuCuivre1730ZnZinc1831GaGallium1937RbRubidium2038SrStrontium2139YYttrium2240ZrZirconium2341NbNiobium2442MoMolybdène um2543TcTechnétium2644RuRuthénium2745RhRhodium2846PdPalladium2947AgArgent3048CdCadmium3149InIndium3250SnÉtain3355CsCésium3456BaBarium3557LaLanthane3658CeCérium 3759PrPraseodymium3860NdNeodymium3961PmPromethium4062SmSamarium4163EuEuropium4264GdGadolinium4365TbTerbium4466DyDysprosium4567HoHolmium4668ErErbium4769TmThuli um4870YbYtterbium4971LuLutetium5072HfHafnium5173TaTantale5274WTungstène5375ReRhénium5476OsOsmium5577IrIridium5678PtPlatinum5779AuGold5880HgMercure5981TlThalli um6082PbLead6183BiBismuth6284PoPolonium6387FrFrancium6488RaRadium6589AcActinium6690ThThorium6791PaProtactinium6892UUranium6993NpNeptunium7094PuPlutonium7195Am Americium7296CmCurium7397BkBerkelium7498CfCalifornium7599EsEinsteinium76100FmFermium77101MdMendelevium78102NoNobelium79103LrLawrencium80104RfRutherfordium8110 5DbDubnium82106SgSeaborgium83107BhBohrium84108HsHassium85109MtMeitnerium86110DsDarmstadtium87111RgRoentgenium88112CnCopernicium89113NhNihonium90114FlFlerovium

Types de métaux que vous devez connaître

Les métaux présentent plusieurs caractéristiques qui les rendent utiles dans diverses industries et domaines. Il existe plus de 90 types de métaux différents, mais voici les courants dans les différents secteurs et à quoi ils servent.

1. Fer

Le fer est le métal le plus populaire et le moins cher. Les trois types sont la fonte brute, la fonte et le fer forgé. Le fer représente près de 5 % de la Terre. En conséquence, c’est un métal facilement disponible. Cependant, le fer pur n'est pas un élément stable car il se combine avec l'oxygène de l'air pour produire de l'oxyde de fer.

• La fonte brute est une forme rudimentaire de fer utilisée pour fabriquer divers métaux ferreux, notamment la fonte et l'acier.
• La fonte est formée par la fusion de la fonte brute avec du coke et du calcaire. La fonte est fragile et particulièrement difficile à souder. Il s'agit cependant d'un matériau technique polyvalent pour la fonderie de métaux dans l'industrie automobile.
• Le fer forgé est un fer forgé robuste, ductile et résistant à la corrosion. C'est un métal hautement purifié, utilisé pour la fabrication de métaux dans de nombreuses industries.

2. Magnésium

Le magnésium fait partie des métaux naturels (Mg). Cependant, il est souvent allié à d’autres métaux comme l’aluminium. Cela implique de le combiner avec d'autres métaux et éléments pour former un matériau hybride doté de caractéristiques spécifiées.

L’une des applications les plus courantes du magnésium concerne les industries automobile et aérospatiale. Le magnésium est considéré comme un cran supérieur à l'aluminium en termes de réduction de poids à haute résistance. Les applications incluent les jantes, les blocs moteurs et les carters de boîte de vitesses.

3. Acier

L'acier est un alliage composé de nombreux éléments chimiques, dont le fer et le carbone, pour former un métal solide et résistant à la rupture. Sa haute résistance à la traction et son faible coût en font le matériau le plus couramment utilisé pour une large gamme de produits, notamment les bâtiments, les armes, les implants médicaux et les machines, ainsi que les équipements électriques et divers instruments.

Il existe 3 types d’acier, l’acier au carbone, l’acier inoxydable et l’acier allié. Ceux-ci ont tous des qualités d'acier différentes.

4. Aluminium

L'aluminium est un métal léger qui durcit et se raidit lorsqu'il est combiné à l'état de traces avec d'autres alliages. La solidité, la conductivité électrique et la résistance à la corrosion de l'aluminium le rendent idéal pour les applications dans plusieurs industries.

De plus, l’aluminium ne magnétise pas et est simple à fabriquer. Il est largement utilisé pour les avions, les pièces automobiles et les câbles aériens. En outre, il est attrayant à l'œil en raison de sa nature brillante et peut être utilisé dans la fabrication de tôles et la production d'alliages d'aluminium.

5. Cuivre

Le cuivre est un métal brun rougeâtre malléable, flexible et ductile. Il a une forte conductivité électrique et peut être roulé, forgé, coulé et tiré en fils. Il est largement utilisé pour la monnaie, le fil et les ustensiles de cuisine. De nombreuses variétés de cuivre servent à des fins différentes dans diverses industries.

6. Titane

Le titane est un métal léger essentiel utilisé dans la production de divers équipements aéronautiques. C'est l'un des métaux les plus résistants à la corrosion. L'échantillon de métal présente une bonne stabilité thermique, même dans des conditions de chaleur extrêmes, c'est pourquoi l'industrie aérospatiale enregistre la plus grande utilisation de titane. Il résiste à la corrosion, ce qui le rend adapté à la fabrication de matériel médical.

7. Bronze

Le bronze est un alliage métallique obtenu à partir d’une combinaison d’échantillons métalliques comme le cuivre et l’étain ou l’aluminium. Il est solide et ne rouille pas et ne se corrode pas lorsqu'il est exposé à l'humidité, c'est pourquoi il est préféré pour la sculpture ou les aubes de turbine. Il fond facilement et peut être transformé en tuyaux, engrenages, pompes et fils.

8. Laiton

Le laiton est un alliage de zinc et de cuivre. Il est classé en de nombreuses variétés en fonction du rapport cuivre/zinc et de l'ajout de quantités mineures d'éléments supplémentaires. Le laiton est plus durable que le cuivre mais a une moindre conductivité électrique et thermique. Il est également très résistant à la corrosion aérienne et peut être soudé facilement. Le laiton est principalement utilisé pour produire des serrures et des vannes.

9. Diriger

Le plomb est l’un des métaux les plus lourds sur terre et son point de fusion est bas. Il est facilement malléable et doux, ce qui le rend simple à couper. Grâce à sa douceur, le plomb est utilisé dans la soudure et pour le revêtement des conduites d'eau et des réservoirs d'acide. Il est également utilisé pour recouvrir les câbles électriques et produire des balles.

10. Tungstène

Le tungstène a le point de fusion et d’ébullition le plus élevé au monde et peut résister aux traitements thermiques les plus défavorables des métaux. Cela le rend utile pour couper d’autres métaux lorsqu’ils sont transformés en carbure de tungstène. Le tungstène possède également la plus grande résistance à la traction parmi les métaux purs et est utilisé dans la gravure ou la découpe de métaux. Il se combine avec d'autres métaux pour permettre aux tuyères de fusée de résister à des températures extrêmes.

11. Zinc

Le zinc est principalement utilisé pour recouvrir d’autres métaux car il présente une résistance élevée à la corrosion et à l’usure. En raison de son faible potentiel électrochimique, il ne rouille pas, ce qui le rend essentiel dans la fabrication de pipelines et dans le moulage sous pression de métal pour le matériel électrique et les réservoirs.

12. Étain

L’étain est un métal mou et facilement malléable. Il est principalement utilisé pour fabriquer des alliages métalliques comme le bronze et constitue le composant de base de la fabrication de l'étain.

13. Nickel

Couramment utilisé pour fabriquer de l’acier inoxydable, le nickel est l’un des plus utilisés pour le placage métallique. Il augmente la résistance et la résistance à la corrosion de la finition de la surface métallique. Le nickel est l'un des métaux les plus utilisés en galvanoplastie.

14. Chrome

Un autre métal de galvanoplastie puissant, le chrome, améliore la dureté métallique d’autres éléments et peut également améliorer la finition de surface. Il est dur comme le carbone et a un point de fusion élevé.

15. Silicium

Le silicium est l’un des métaux non ferreux les plus populaires car il possède à la fois des qualités métalliques et non métalliques. Le silicium aide d’autres métaux à améliorer leurs caractéristiques et constitue un bon matériau d’alliage. Il a un point de fusion élevé et n'est pas un bon conducteur de chaleur.

16. Cobalt

Le cobalt est couramment utilisé pour fabriquer des pigments bleus pour les peintures et les colorants. De nos jours, les alliages d'acier à haute résistance et résistants à l'usure en sont les principales utilisations. Le cobalt est essentiellement un sous-produit de l'extraction du cuivre et du nickel et est rarement produit seul.

17. Lithium

Ce métal est principalement utilisé pour améliorer l’apparence du verre et de la céramique en raison de son éclat blanc argenté. C'est un métal mou connu avec une mauvaise conductivité.

18. Or

L'or est un métal coûteux qui est utilisé depuis des lustres pour créer des bijoux, des pièces de monnaie et d'autres décorations. Il est rare, mou, flexible et ne se corrode pas dans l'atmosphère. De plus, il conduit bien l'électricité et est solide à température ambiante, dense, résistant à la corrosion et facilement malléable.

19. Argent

Tout comme l’or, l’argent est un métal précieux et est principalement utilisé pour les ornements et les pièces de décoration en raison de son éclat. C'est un métal mou et malléable qui résiste à la corrosion atmosphérique. Il conduit correctement l'électricité et la chaleur.

20. Béryllium

Le béryllium est un métal mou blanc argenté avec une faible densité, une rigidité élevée, une résistance élevée, une stabilité structurelle et une réflectivité. Il se distingue des métaux par sa rigidité spécifique. Le béryllium a la deuxième plus faible densité par rapport aux métaux.

Applications du métal dans diverses industries

L’utilisation universelle des métaux en fait un composant stable pour la fabrication de la plupart des pièces industrielles. Voici les applications métalliques pour diverses industries.

Industrie médicale

En plus d'être des composants de médicaments, les métaux comestibles (sodium, manganèse et potassium) sont utilisés en médecine à diverses fins. Le titane est utilisé pour les équipements médicaux tels que les prothèses de membres, tandis que l'aluminium est utilisé pour les implants grâce à son rapport résistance/poids.

Industrie automobile et des machines

Les métaux sont le plus souvent utilisés dans les équipements, les produits réfractaires et les voitures. Ils sont employés dans la production d’automobiles, de trains, d’avions, de fusées, etc. Les métaux les plus utilisés ici sont le fer, l'aluminium et l'acier.

Produits décoratifs

Le platine, l'or et l'argent sont des métaux précieux ayant une valeur économique importante et sont couramment utilisés dans les parures de bijoux et les pièces décoratives.

Industrie de la construction

Les métaux comme le fer et l’acier comptent parmi les matériaux les plus utilisés dans la construction de structures et d’habitations. Ce sont également des métaux utilisés dans des applications architecturales. Les conduites d'eau et les toitures sont fabriquées à partir de métaux tels que le plomb. L'étain, le zinc, le cuivre et l'aluminium sont utilisés dans la toiture. Le fer est connu pour ses propriétés structurelles et est utilisé sous forme de fonte, de fer forgé ou d'acier.

Aéronautique

Certains métaux sont utilisés dans l’industrie aérospatiale en raison de leurs propriétés étonnantes. Un bon métal utilisé dans l’aérospatiale doit avoir des caractéristiques telles que la résistance aux radiations, la capacité à résister à la corrosion et un rapport résistance/poids élevé. Des exemples de métaux utilisés dans cette industrie sont l'aluminium pour les structures de cellule, les alliages de nickel combinés à l'acier et le titane pour les pièces de moteurs.

Industrie électronique

En raison de leur excellente conductivité électrique, les alliages contenant de l'or, de l'argent et du platine sont des candidats populaires pour les connexions électroniques.

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Les métaux sont les composants de base de la plupart des instruments que nous utilisons. Ainsi, sélectionner le plus adapté à un usage particulier nécessite une bonne connaissance des différents types. Cette connaissance aiderait à choisir le meilleur matériau métallique pour un projet ou un processus spécifique.