Alliage
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2008-07-08T08:36:01Z
Le serbe
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{{Voir homonymes}}
Un '''alliage''' est une combinaison d'un [[métal]] avec un ou plusieurs autres éléments.
Un [[métal]] pur a des caractéristiques mécaniques relativement faibles. Le fait d'ajouter d'autres éléments permet de « durcir » (augmenter les caractéristiques mécaniques) et/ou de modifier les caractéristiques chimiques des métaux (en particulier leur comportement à la [[corrosion]]), ou d'améliorer d'autres caractéristiques (facilité de mise en œuvre : coulabilité par exemple).
Le métal principal est appelé le métal de base ou la « base ». Les éléments ajoutés volontairement sont appelés les éléments d'alliage (ou d'addition) et les éléments non désirés sont appelés les impuretés.
Les éléments d'alliages sont le plus souvent des métaux, mais ils peuvent également être d'autres éléments chimiques : le [[carbone]] dans l'[[acier]] ou la [[Fonte (métallurgie)|fonte]], le silicium dans l'aluminium, etc.
Généralement, quand l'élément d'alliage n'est pas un métal, sa proportion reste faible. Ainsi, la concentration de carbone est inférieure à 2% en masse pour l'acier et inférieure à 6% en masse pour la fonte, alors qu'il est possible de faire un alliage [[Cuivre]] [[Zinc]] ([[laiton]]) avec 50% de chacun des éléments.
Un alliage peut être naturel, c'est rare mais ça existe, par exemple l'[[électrum]], alliage d'[[or]] et d'[[argent]] natifs utilisé dans la [[Préhistoire]] et l'[[Antiquité]] : [[Varna]], [[Asie mineure]], [[Ur]], [[Égypte]], etc.
== Alliage binaire ==
===Alliage binaire à une seule phase===
Un alliage homogène est constitué d'une seule [[Phase (thermodynamique)|phase]] solide homogène. Pour obtenir un alliage homogène, il faut qu'il y ait [[Miscible|miscibilité]] totale entre les éléments d'alliage. Il y a deux possibilités :
:* les deux éléments d'alliages sont solubles l'un dans l'autre quelles que soient leurs proportions respectives.
:*la concentration de l'élément d'alliage est inférieure à la limite de solubilité.
Conditions pour obtenir un alliage homogène avec solubilité totale à l'état solide (règle de Hume-Rothery) :
*les éléments constituant l'alliage doivent être isomorphes : même structure cristallographique ([[cubique à faces centrées]] avec un cubique à faces centrées, d'un [[Cubique centré]] avec un cubique centré, [[hexagonal compact]] avec un hexagonal compact).
*les [[atome]]s doivent avoir une taille voisine : leurs rayons ne doivent pas différer de plus de 15%. Dans le cas contraire, la solubilité sera très limitée.
*la [[Valence (chimie)|valence]] des deux éléments doit être identique.
[[Image:Diagramme phase Bi Sb.svg|thumb|230px|right|Diagramme de phases Bi-Sb]]
Exemple : le [[bismuth]] et l'[[antimoine]]
{| align="center" class="wikitable"
! Élément !! [[Rayon atomique|rayon]]<br/>atomique ||[[Structure cristalline|Structure]]<br/>cristalline
|-
! Bismuth
| 160 [[picomètre|pm]]
| Rhomboédrique
|-
! Antimoine
| 145 [[picomètre|pm]]
| Rhomboédrique
|}
Les alliages de bismuth et d'antimoine forment une solution solide (en dessous du [[solidus (diagramme de phases)|solidus]]) dans tous les cas de figure et à toutes les températures. Le [[diagramme de phase]] est un diagramme à un fuseau.
[[Image:Diagramme phase Cu Ni.svg|thumb|230px|right|Diagramme de phases Cu-Ni]]
Quelques autres couples dont la miscibilité est bonne et permet d’obtenir des solutions solides homogènes à toutes températures : [[cuivre]]-[[nickel]], cuivre-[[palladium (chimie)|palladium]], [[Argent (métal)|Argent]]-[[or]], [[Argent (métal)|argent]]-[[palladium (chimie)|palladium]], [[molybdène]]-[[vanadium]], molydène-[[tungstène]] etc.
Certains alliages binaires solubles présentent aux plus basses températures un défaut de solubilité. Il apparaît sur le diagramme de phase un secteur où cohabitent deux phases, la première étant constituée d'une solution solide saturée de B dans A, la deuxième inversement de A dans B. C'est le cas par exemple du système cuivre-nickel qui présente en dessous de 322°C une zone avec deux phases 1 et 2.
== Structure d'un alliage ==
===Alliage homogène===
Un alliage homogène peut être ordonné (les atomes de différentes natures suivent une alternance stricte) ou désordonné (les différents atomes occupent des places aléatoires).
[[Image:Alliage ordonne desordonne.png]]
En général, on a un métal majoritaire, les autres métaux sont appelés « éléments d'alliage ». Les atomes des éléments d'alliage peuvent prendre la place des atomes du métal majoritaire, on parle alors de « substitution » ; ils peuvent aussi se glisser entre les atomes de l'alliage majoritaire, on parle d'« insertion ». Lorsqu'un métal est présent en faible teneur dans un alliage, on parle souvent de [[solution solide]].
[[Image:Alliage solution solide.png]]
=== Alliage hétérogène ===
Lorsque la teneur en élément d'alliage augmente, on peut avoir formation de deux phases : une phase contenant peu d'éléments d'alliage, et une phase à forte teneur en éléments d'alliage. Les [[cristallite]]s à forte teneur sont appelés « précipités ».
[[Image:Alliage precipite.png]]
Les [[précipité]]s sont souvent des alliages ordonnés, que l'on appelle « intermétalliques ». Les intermétalliques ainsi formés sont parfois par la suite étudiés en tant qu'alliages propres, comme un nouveau matériau, et on essaie d'en produire en tant que tel et non plus en tant que précipités.
== Exemples d'alliages ==
=== Principaux alliages ===
==== Alliages de [[fer]] ====
::* [[Fonte (métallurgie)|fonte]] : [[fer]] + [[carbone]] (à plus de 2,1% et jusqu'à 6.7% en masse de carbone)
::* [[acier]] : fer + carbone (à moins de 2,1% en masse de carbone)
::* [[acier inoxydable]] : fer + carbone + [[nickel]] + [[chrome]], et parfois , [[molybdène]], [[vanadium]]
::: cuani(2.7 DE fonte et 2.9 de nickel)
==== [[Alliages de cuivre]] ====
::* [[bronze]] : [[cuivre]] + [[étain]] ; l'''[[airain]]'' est l'ancien nom du bronze
::* [[laiton]] : cuivre + [[zinc]]
::* [[billon]] : cuivre + [[argent]] ; utilisé principalement pour frapper des monnaies de faible valeur
==== Alliages d'[[aluminium]] ====
Ils sont aussi appelés ''alliages légers''
Pour plus de détail voir les deux articles ci-dessous :
::* [[Alliages d'aluminium pour corroyage]]
::* [[Alliages d'aluminium pour fonderie]]
=== Alliages moins connus ===
* [[alliage plomb-étain]] : pour la [[Soudage|soudure]]
* [[amalgame]] : [[mercure (élément)|mercure]] + un autre métal, par exemple [[or]] ou cuivre ; le terme désigne également un mélange de métaux utilisé pour les soins dentaires (« plombage »)
* [[maillechort]] : cuivre + zinc + nickel
* [[monel]]® (nom commercial) : nickel + cuivre
* [[régule]] : [[étain]] ou [[plomb]] + [[antimoine]]
* [[zamak]] : zinc + aluminium + magnésium + cuivre
=== Alliages pour des applications spécifiques ===
* [[ferrotitanes]] : fer + 25 à 70%m de Ti + 4 à 10%m d'aluminium
* TA6V : [[titane]] + 6%m [[aluminium]] + 4%m vanadium, très utilisé dans l'[[Économie de l'industrie aéronautique et spatiale|industrie aéronautique]]. <br/><small>Nota : la désignation usuelle française TA6V est basée sur l'ancienne norme NF A 02-004 aujourd'hui annulée, sa désignation ''chimique'' est Ti Al 6 V.</small>
* MCrAl : métal + chrome + aluminium + parfois de l'[[yttrium]] (MCrAlY), alliages réputés pour leur bonne tenue mécanique et résistance à la [[corrosion à haute température]])
** FeCrAl : fer + chrome + aluminium
** NiCrAl : nickel + chrome + aluminium
* superalliages à base nickel (par exemple les [[Inconel]]s) : bonne tenue mécanique et résistance à la corrosion à haute température
* [[intermétallique]]s : alliages ordonnés, respectant une [[stoechiométrie|stœchiométrie]] précise (mais des écarts à la stœchiométrie sont tolérés)
** NiAl β : 50%at nickel + 50%at aluminium
** FeAl B2 : 50%at fer + 50%at aluminium
** TiAl : 50%at titane + 50%at aluminium
* Les alliages présentant de faibles coefficients de dilatation (Inventeur [[Charles Edouard Guillaume]])
** [[Invar]] (36% de nickel, 0,4% de manganèse, 0,1% de carbone, 63,5% de fer)
** élinvar (Nivarox, Métélinvar, Isoval) (nickel, chrome, fer)
*FeNiCo : le [[Kovar]], un alliage Fe / Nickel / Cobalt destiné au scellement verre/métal ou céramique/métal
* Les [[alliages à mémoire de forme]] :
** NiTi : 50% [[nickel]] + 50% titane
** CuZnAl : 70% [[cuivre]] + 25% [[zinc]] + 5% aluminium
** CuAlNi : 82% cuivre + 12% aluminium + 4% nickel
** CuALBe : cuivre + aluminium + [[béryllium]]
=== Alliages mythiques ===
* [[Adamantium]] : alliage très utilisé dans les romans et les bandes dessinées de [[science-fiction]] ([[Wolverine]], [[Ultron]]), etc.
* [[Vibranium]] : alliage également utilisé dans les bandes dessinées [[comics]] américaines ([[Captain America]]..)
* [[Orichalque]] : alliage mythique de l'[[Grèce antique|antiquité grecque]], souvent associé à l'[[Atlantide]], dont on ne connaît pas la composition.
== Voir aussi ==
{{Wiktionnaire|alliage}}
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