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

Propriétés des métaux

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

1. Malléabilité

Cette caractéristique du métal permet de le battre ou de le plier en différentes formes sans le casser. Sa malléabilité explique pourquoi il peut être martelé à plat en feuilles diverses comme le papier d'aluminium. Les ions métalliques dans la structure glissent les uns sur les autres lorsque la force est appliquée.

2. Ductilité

Les matériaux métalliques peuvent être étirés en différentes formes pour fabriquer des fils fins. La ductilité du métal permet de le tirer en fils pour être utilisés dans les câbles ou le soudage. Un bon exemple de métal ductile est le cuivre.

3. Conductivité

Les métaux sont de bons conducteurs de chaleur et d'électricité en raison des électrons libres sur leurs surfaces. De plus, des métaux comme l'argent conduisent parfaitement la chaleur et sont utilisés pour des matériaux avec cet effet. Le cuivre, utilisé dans les fils, conduit également bien l'électricité.

4. Brillance

Certains métaux sont naturellement brillants. La présence d'électrons libres à la surface des métaux les fait réfléchir la lumière. Ainsi, les surfaces métalliques apparaissent brillantes. Cette caractéristique facilite le glacis après le polissage ou la peinture du métal.

5. Points de fusion et d'ébullition élevés

Les ions et molécules métalliques sont étroitement liés par une forte force chimique qui crée une structure cristalline. Ainsi, une énergie thermique élevée est nécessaire pour briser ces liaisons, entraînant des points de fusion et d'ébullition élevés.

6. Densité élevée

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

7. Réactivité élevée

Les métaux sont des éléments hautement réactifs et se combinent chimiquement avec d'autres éléments facilement. Cette caractéristique aide lors de l'électrodéposition et de l'anodisation car les métaux s'engagent facilement avec 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 métaux ?

Les métaux sont classés principalement selon leurs propriétés physiques ou chimiques. Dans cette section, nous examinerons quelques catégories sous ces deux aspects.

Métaux ferreux

Les métaux ferreux sont des métaux qui contiennent du fer (Fe) dans leur composition, tandis que les métaux non ferreux n'ont pas cet élément. 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.

Les exemples de métaux ferreux incluent 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 d'expédition.

Métaux non ferreux

Les métaux non ferreux sont des métaux qui n'ont pas de teneur en fer (Fe). Des métaux comme l'aluminium, le cuivre, le laiton et le zinc ne contiennent presque 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 activement avec l'eau ou l'oxygène, qui sont les éléments causant 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 former que les métaux ferreux. Ils sont utilisés principalement dans diverses activités commerciales et industrielles en raison de leur haute résistance à la corrosion, conductivité et légèreté.

Liste complète des éléments métalliques

Les métaux du tableau périodique sont regroupés selon des blocs, groupes et 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 incluent :

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

Types de métaux à connaître

Les métaux ont plusieurs caractéristiques qui les rendent utiles dans diverses industries et domaines. Il existe plus de 90 types de métaux différents, mais voici les plus courants dans les divers secteurs et leurs utilisations.

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 constitue près de 5 % de la Terre. Par conséquent, 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, produisant de l'oxyde de fer.

• La fonte brute est une forme rudimentaire de fer utilisée pour fabriquer une variété de métaux ferreux différents, y compris la fonte et l'acier.
• La fonte est formée en fondant de la fonte brute avec du coke et du calcaire. La fonte est fragile et notoirement difficile à souder. Cependant, c'est un matériau technique polyvalent pour la fonderie de métaux dans l'industrie automobile.
• Le fer forgé est dur, ductile et résistant à la corrosion. C'est un métal hautement purifié, utilisé pour la fabrication métallique dans de nombreuses industries.

2. Magnésium

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

L'une des applications les plus courantes du magnésium est dans les industries automobile et aérospatiale. Le magnésium est considéré comme supérieur à l'aluminium en termes de réduction de poids à haute résistance. Les applications incluent les jantes de roues, 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 résistant et résistant à la fracture. Sa haute résistance à la traction et son coût peu élevé en font le matériau le plus couramment utilisé pour une large gamme de produits, y compris 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. Tous ont des nuances d'acier différentes.

4. Aluminium

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

De plus, l'aluminium n'est pas magnétique et est simple à fabriquer. Il est largement utilisé pour les avions, les pièces automobiles et les fils aériens. Il est également attrayant visuellement grâce à 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 malléable, flexible et ductile de couleur brun rougeâtre. Il a une forte conductivité électrique et peut être laminé, forgé, coulé et tiré en fils. Il est largement utilisé pour la monnaie, les fils 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 a une bonne stabilité thermique même dans des conditions de chaleur extrême, c'est pourquoi l'industrie aérospatiale enregistre la plus forte utilisation de titane. Il est résistant à la corrosion, ce qui le rend adapté à la fabrication d'équipements médicaux.

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 ni ne se corrode lorsqu'il est exposé à l'humidité, c'est pourquoi il est préféré pour la sculpture ou les pales de turbine. Il fond facilement et peut être formé 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 basées sur le rapport cuivre-zinc et l'ajout de quantités mineures d'éléments supplémentaires. Le laiton est plus durable que le cuivre mais a une conductivité électrique et thermique moindre. Il est également très résistant à la corrosion atmosphérique et peut être soudé facilement. Le laiton est principalement utilisé pour produire des serrures et des vannes.

9. Plomb

Le plomb est l'un des métaux les plus lourds sur terre et a un point de fusion bas. Il est facilement malléable et mou, ce qui le rend simple à couper. Grâce à sa douceur, le plomb est utilisé dans le soudage et pour revêtir les tuyaux d'eau et les réservoirs d'acide. Il est également utilisé pour gainer les câbles électriques et produire des balles.

10. Tungstène

Le tungstène a les points de fusion et d'ébullition les plus élevés sur terre et peut résister au traitement thermique le plus extrême des métaux. Cela le rend utile pour couper d'autres métaux lorsqu'il est transformé en carbure de tungstène. Le tungstène a également la plus grande résistance à la traction parmi les métaux purs et est utilisé dans la gravure ou la coupe de métaux. Il se combine avec d'autres métaux pour fabriquer des tuyères de fusée résistantes aux températures extrêmes.

11. Zinc

Le zinc est principalement utilisé pour revêtir d'autres métaux car il a une haute résistance à la corrosion et à l'usure. En raison de son potentiel électrochimique bas, il ne rouille pas, le rendant essentiel dans la fabrication de pipelines, de pièces moulées sous pression pour le matériel électrique et de 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 est le composant de base pour fabriquer l'étain.

13. Nickel

Utilisé couramment pour fabriquer de l'acier inoxydable, le nickel est l'un des métaux les plus utilisés pour le placage métallique. Il augmente la résistance et la résistance à la corrosion de la finition de surface du métal. Le nickel est l'un des métaux les plus utilisés dans l'électrodéposition.

14. Chrome

Un autre métal puissant pour l'électrodéposition, 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 des qualités à la fois des métaux et des non-métaux. Le silicium aide d'autres métaux à améliorer leurs caractéristiques et est 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 le pigment bleu pour les peintures et teintures. De nos jours, les alliages d'acier à haute résistance et résistants à l'usure 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 faible conductivité.

18. Or

L'or est un métal coûteux utilisé depuis des âges 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 utilisé principalement pour les ornements et pièces décoratives en raison de son éclat. C'est un métal mou, malléable et résistant 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 haute rigidité, une haute résistance, une stabilité structurelle et une réflectivité. Il se distingue parmi les métaux en termes de rigidité spécifique. Le béryllium a la deuxième densité la plus basse comparée aux métaux.

Applications des métaux 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 des métaux pour diverses industries.

Industrie médicale

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

Industrie automobile et machinerie

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

Produits décoratifs

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

Industrie de la construction

Des métaux comme le fer et l'acier sont parmi les matériaux les plus largement utilisés dans la construction de structures et d'habitations. Ce sont également des métaux utilisés dans les applications architecturales. Les tuyaux d'eau et les toitures sont faits de métaux comme le plomb. L'étain, le zinc, le cuivre et l'aluminium sont utilisés dans les toitures. Le fer est connu pour ses propriétés structurelles et est utilisé sous forme de fonte, fer forgé ou acier.

Aérospatiale

Certains métaux sont utilisés dans l'industrie aérospatiale en raison de leurs propriétés remarquables. Un bon métal utilisé dans l'aérospatiale devrait avoir des caractéristiques telles que la résistance aux radiations, la capacité à résister à la corrosion et un rapport résistance/poids élevé. Exemples de métaux utilisés dans cette industrie : aluminium pour les structures de cellules, alliages de nickel combinés avec l'acier, et titane pour les pièces de moteur.

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 approprié pour un but particulier nécessite une bonne connaissance des différents types. Cette connaissance aiderait à choisir le meilleur matériau métallique pour un projet ou un processus spécifique.