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Les métaux constituent la majorité du tableau périodique des éléments. À l'état pur, chaque métal a sa masse, son point de fusion et ses propriétés physiques caractéristiques. Le fait de mélanger deux ou plusieurs de ces métaux en un mélange doté d'un nouvel ensemble de propriétés forme un alliage, un métal composite pouvant présenter des caractéristiques très différentes.
Composition chimique
Par définition, les métaux purs sont constitués d'un seul élément. Des échantillons de ces métaux ne contiennent que des atomes d'une seule substance métallique. Les alliages contiennent deux éléments ou plus, ou des alliages fondus et mélangés, de sorte que leurs formules chimiques consistent en plusieurs éléments. Par exemple, le fer en métal pur consiste uniquement en atomes de fer. L'acier, un alliage de fer et de carbone, contient principalement des atomes de fer avec des atomes de carbone isolés qui lui confèrent de la résistance. L'ajout des métaux chrome ou molybdène à l'acier produit un autre alliage: l'acier inoxydable.
Malléabilité et Ductilité
L'une des raisons pour lesquelles les fabricants combinent des métaux purs pour former des alliages est la modification de leurs propriétés physiques. Les métaux purs peuvent être trop mous pour pouvoir être utilisés régulièrement, mais leur alliage les rend plus durs. En tant que métal pur, l’or se plie et s’étire si facilement qu’il se déformerait rapidement s’il était façonné en anneau et porté au doigt. Les fabricants de bijoux allient de l'or pur avec de l'argent, du cuivre ou du zinc pour améliorer la durabilité et la rigidité des métaux. L'or contribue à sa couleur et à sa résistance à la corrosion; les autres métaux contribuent leur force. Le résultat est une bague en or 14 carats qui résiste à l'usure quotidienne.
Réactivité
Dans leur état élémentaire naturel, certains métaux purs réagissent fortement avec leur environnement, s’oxydant et se corrodant jusqu’à devenir inutilisables. Le fait de mélanger ces métaux avec des métaux moins réactifs modifie leur réactivité, prolongeant la durée de vie de l'élément allié. L’acier inoxydable tire son nom du fait qu’il ne rouille pas facilement et n’empoisonne pas un outil en fer pur. L'alliage de métaux est un moyen de les rendre moins réactifs et plus adaptés aux besoins du fabricant.
Masse
Les métaux légers tels que l'aluminium et le titane réduisent la masse de métaux purs avec lesquels ils s'allient. Ces alliages plus légers jouent un rôle essentiel dans l'industrie aérospatiale, car ils permettent aux fabricants de concevoir et de construire des embarcations plus légères. Un avion de chasse léger peut contenir plus de carburant, d’équipements et de munitions que l’un des plus lourds. Les jantes en alliage d'aluminium allègent le poids total des véhicules, contribuant à une meilleure consommation d'essence et à une vitesse accrue sur les circuits.
Tolérance thermique et point de fusion
L'alliage des métaux modifie leur tolérance thermique. Constitués de deux métaux purs ou plus, les alliages n’ont pas de point de fusion unique, mais fondent dans une plage de températures. Leur structure moléculaire peut augmenter la plage de fusion globale du métal au-dessus de celle de tous ses métaux composants. L'augmentation de la plage de fusion d'un métal a des implications importantes pour une utilisation industrielle et commerciale. Le SR-71 Blackbird, l'un des avions de reconnaissance les plus avancés de son époque sur le plan technologique, s'est appuyé sur son bâti léger en alliage de titane pour résister aux contraintes thermiques de ses vols supersoniques.