L'aluminium et ses alliages : propriétés physiques des matériaux
L'aluminium de symbole chimique Al est un métal très léger résistant à l'oxydation grâce à la formation d'une couche d'oxyde qui le protège. Il est tiré de la bauxite où on en extrait l'alumine par électrolyse. C'est un métal abondant qui est très fortement utilisé dans le monde industriel mais aussi ménager: papier aluminium, plats à tarte, fonds de casserole… la liste où on le retrouve est longue !
L'aluminium pur se travaille facilement à chaud : il est malléable et ductile. Ces propriétés mécaniques permettent de le travailler facilement pour le laminer et le mettre en forme. Il a une faible dureté et s'usine mal. A des températures supérieures à 600°C, il devient très fragile et cassant.
L'aluminium réagit avec l'oxygène de l'air pour former de l'alumine de formule Al2O3. Cette fine couche hermétique le protège de l'oxygène et d'une corrosion plus importante. L'anodisation met à profit cette formation d'oxyde. L'épaisseur d'alumine est augmentée par un procédé électrochimique. Cela permet de le durcir en surface. L'aluminium anodisé peut également être coloré de façon durable lors du procédé.
Propriétés physiques de l'aluminium
Point de de fusion = 658 degrés
Point d'ébullition à la pression atmosphérique = 1800 °C
Densité = 2.70
Coefficient de dilatation linéaire = 23 x 10-6
Conductance = 37 siemens
Chaleur spécifique (de 15 a 100 degrés) = 0.217 calorie
Conductivité thermique a 0 degrés = 92 cal/g par gramme
Poids atomique = 27
Sa légèreté et sa robustesse lorsqu'il est allié est un atout indispensable dans l'industrie aéronautique. Il a par ailleurs une excellent résistance au froid : ses propriétés mécaniques s'améliorent jusqu'à une température de -250°C.
Sa conductibilité thermique est mise à profit pour la fabrication d'ustensiles de cuisines et dans le secteur automobile.
Les alliages à base d'aluminium
L'aluminium entre dans la composition de nombreux alliages. Sa faible densité est un atout important.
Duralumin = Al-Cu-Mg
Almasilium = Al-Si
Almélec = Al-Mg-Si
En tout, les alliages sont classés en 8 séries : de 100 pour l'aluminium non à allié à la série 8000.
Masse d'une tôle de 1 mètre carré
Rouleau d'aluminiumTôle en épaisseur de 0.5 mm = 0.810 kg
Tôle en épaisseur de 1 mm = 2.700 kg
Tôle en épaisseur de 2 mm = 5.400 kg
Le rapport de masse par l'épaisseur de la tôle est toujours identique. C'est la densité x l'épaisseur au mètre carré.
La fabrication industrielle
Le métal est obtenu par réduction électrolytique de l'alumine. Ce procédé a longtemps été impossible à réaliser pour la production industrielle : la température de fusion élevée de l'alumine demandant une trop grand grande énergie. En 1890, le procédé Heroult a permis d'abaisser la température de fusion de l'alumine grâce à l'adjonction de cryolithe.
Désormais, l'aluminium est fabriqué par réduction électrolytique en milieu fondu de l'alumine selon le procédé Hall-Héroult: un bain contenant divers fluorures permet de travailler à une température de 950°C. L'aluminium se dépose à la cathode.