Aluminium – Propriétés – Prix – Applications – Production

À propos de l’Aluminium

L’aluminium est un métal blanc argenté, doux, non magnétique et ductile du groupe du bore. En masse, l’aluminium représente environ 8 % de la croûte terrestre ; c’est le troisième élément le plus abondant après l’oxygène et le silicium et le métal le plus abondant dans la croûte, bien qu’il soit moins courant dans le manteau ci-dessous.

Résumé

Élément	Aluminium
Numéro atomique	13
Catégorie d’élément	Pauvre métal
Phase à STP	Solide
Densité	2,7 g/cm3
Résistance à la traction ultime	90 MPa (pur), 600 MPa (alliages)
Limite d’élasticité	11 MPa (pur), 400 MPa (alliages)
Module de Young	70 GPa
Échelle de Mohs	2,8
Dureté Brinell	240 MPa
Dureté Vickers	167 MPa
Point de fusion	660°C
Point d’ébullition	2467°C
Conductivité thermique	237W/mK
Coefficient de dilatation thermique	23,1 µm/mK
Chaleur spécifique	0,9 J/g·K
Température de fusion	10,79 kJ/mol
Chaleur de vaporisation	293,4 kJ/mol
Résistivité électrique [nanoohmmètre]	26,5
Susceptibilité magnétique	+16,5e-6cm^3/mol

Applications de l’Aluminium

L’aluminium et ses alliages sont largement utilisés dans les applications aérospatiales, automobiles, architecturales, lithographiques, d’emballage, électriques et électroniques. C’est le principal matériau de construction de l’industrie aéronautique tout au long de son histoire. Environ 70% des cellules des avions civils commerciaux sont fabriquées à partir d’alliages d’aluminium, et sans aluminium, l’aviation civile ne serait pas économiquement viable. L’industrie automobile utilise désormais l’aluminium comme pièces moulées de moteur, roues, radiateurs et de plus en plus comme pièces de carrosserie. L’aluminium 6111 et l’alliage d’aluminium 2008 sont largement utilisés pour les panneaux extérieurs de carrosserie automobile. Les blocs-cylindres et les carters sont souvent coulés en alliages d’aluminium.

 

Production et prix de l’Aluminium

Les prix des matières premières changent quotidiennement. Ils dépendent principalement de l’offre, de la demande et des prix de l’énergie. En 2019, les prix de l’Aluminium pur se situaient autour de 18 $/kg.

L’aluminium est extrait du minerai principal, la bauxite. D’importants gisements de bauxite se trouvent dans toute l’Australie, les Caraïbes, l’Afrique, la Chine et l’Amérique du Sud. Les techniques de coupe à ciel ouvert sont couramment utilisées pour extraire la bauxite. La bauxite est purifiée selon le procédé Bayer. La production d’aluminium est très consommatrice d’énergie, et les producteurs ont donc tendance à implanter des fonderies dans des endroits où l’électricité est à la fois abondante et peu coûteuse. Depuis 2012, les plus grandes fonderies d’aluminium au monde sont situées en Chine, en Russie, à Bahreïn, aux Émirats arabes unis et en Afrique du Sud.

Source : www.luciteria.com

Propriétés mécaniques de l’Aluminium

Résistance de l’Aluminium

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Pour la contrainte de traction, la capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence.

Voir aussi: Résistance des matériaux

Résistance à la traction ultime de l’Aluminium

La résistance à la traction ultime de l’aluminium est de 90 MPa (pur), 600 MPa (alliages).

Limite d’élasticité de l’Aluminium

La limite d’élasticité de l’aluminium  est de 11 MPa (pur), 400 MPa (alliages).

Module de Young de l’Aluminium

Le module de Young de l’aluminium est de 70 GPa.

Dureté de l’Aluminium

En science des matériaux, la dureté est la capacité à résister à  l’indentation de surface (déformation plastique localisée) et  aux rayures. Le test de dureté Brinell est l’un des tests de dureté par indentation, qui a été développé pour les tests de dureté. Dans les tests Brinell, un pénétrateur sphérique dur est forcé sous une charge spécifique dans la surface du métal à tester.

La dureté Brinell de l’aluminium est d’environ 240 MPa.

La méthode d’essai de dureté Vickers a été développée par Robert L. Smith et George E. Sandland chez Vickers Ltd comme alternative à la méthode Brinell pour mesurer la dureté des matériaux. La méthode d’essai de dureté Vickers peut également être utilisée comme méthode d’essai de microdureté, qui est principalement utilisée pour les petites pièces, les sections minces ou les travaux en profondeur.

La dureté Vickers de l’aluminium est d’environ 167 MPa.

La dureté à la rayure est la mesure de la résistance d’un échantillon à la déformation plastique permanente due au frottement d’un objet pointu. L’échelle la plus courante pour ce test qualitatif est l’échelle de Mohs, qui est utilisée en minéralogie. L’ échelle de Mohs de dureté minérale est basée sur la capacité d’un échantillon naturel de minéral à rayer visiblement un autre minéral.

L’aluminium a une dureté d’environ 2,8.

Voir aussi: Dureté des matériaux

Aluminium – Structure Cristal

Une structure cristalline possible de l’ aluminium  est la structure cubique à faces centrées.

Dans les métaux et dans de nombreux autres solides, les atomes sont disposés en réseaux réguliers appelés cristaux. Un réseau cristallin est un motif répétitif de points mathématiques qui s’étend dans tout l’espace. Les forces de la liaison chimique provoquent cette répétition. C’est ce motif répété qui contrôle les propriétés telles que la résistance, la ductilité, la densité, la conductivité (propriété de conduire ou de transmettre la chaleur, l’électricité, etc.) et la forme. Il existe 14 types généraux de ces modèles connus sous le nom de réseaux de Bravais.

Voir aussi: Structure cristalline des matériaux

Structure cristalline de l’Aluminium

Propriétés thermiques de l’Aluminium

Aluminium – Point de fusion et point d’ébullition

Le point de fusion de l’aluminium est de 660°C.

Le point d’ébullition de l’aluminium est de 2467°C.

Notez que ces points sont associés à la pression atmosphérique standard.

Aluminium – Conductivité thermique

La conductivité thermique de l’ aluminium est de 237 W/(m·K).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

Coefficient de dilatation thermique de l’Aluminium

Le coefficient de dilatation thermique linéaire de l’ aluminium est  de 23,1  µm/(m·K)

La dilatation thermique est généralement la tendance de la matière à changer ses dimensions en réponse à un changement de température. Il est généralement exprimé sous la forme d’un changement fractionnaire de longueur ou de volume par unité de changement de température.

Aluminium – Chaleur spécifique, chaleur latente de fusion, chaleur latente de vaporisation

La chaleur spécifique de l’aluminium est de 0,9 J/g K.

La capacité calorifique est une propriété extensive de la matière, c’est-à-dire qu’elle est proportionnelle à la taille du système. La capacité thermique C a l’unité d’énergie par degré ou d’énergie par kelvin. Lors de l’expression du même phénomène en tant que propriété intensive, la capacité thermique est divisée par la quantité de substance, de masse ou de volume, ainsi la quantité est indépendante de la taille ou de l’étendue de l’échantillon.

La chaleur latente de fusion de l’aluminium est de 10,79 kJ/mol.

La chaleur latente de vaporisation de l’aluminium est de 293,4 kJ/mol.

La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces attractives intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire pour dilater le gaz (le pΔV travail). Lorsque la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Aluminium – Résistivité électrique – Susceptibilité magnétique

La propriété électrique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ électrique appliqué. L’une des principales caractéristiques des matériaux est leur capacité (ou leur incapacité) à conduire le courant électrique. En effet, les matériaux sont classés selon cette propriété, c’est-à-dire qu’ils sont divisés en conducteurs, semi-conducteurs et non-conducteurs.

Voir aussi: Propriétés électriques

La propriété magnétique fait référence à la réponse d’un matériau à un champ magnétique appliqué. Les propriétés magnétiques macroscopiques d’un matériau sont une conséquence des interactions entre un champ magnétique extérieur et les moments dipolaires magnétiques des atomes qui le constituent. Différents matériaux réagissent différemment à l’application du champ magnétique.

Voir aussi: Propriétés magnétiques

Résistivité électrique de l’Aluminium

La résistivité électrique de l’aluminium est de 26,5 nΩ⋅m.

La conductivité électrique et son inverse, la résistivité électrique, est une propriété fondamentale d’un matériau qui quantifie la manière dont l’aluminium conduit le flux de courant électrique. La conductivité électrique ou conductance spécifique est l’inverse de la résistivité électrique.

Susceptibilité magnétique de l’Aluminium

La susceptibilité magnétique de l’aluminium est de +16,5e-6 cm^3/mol.

En électromagnétisme, la susceptibilité magnétique est la mesure de l’aimantation d’une substance. La susceptibilité magnétique est un facteur de proportionnalité sans dimension qui indique le degré de magnétisation de l’aluminium en réponse à un champ magnétique appliqué.