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la chaleur de combustion est de 1,588 MJ . mol^-1 mole; l’aluminium est cependant inaltérable dans l’air, protégé par une couche naturelle étanche d’alumine, d’épaisseur 0,01 猪m sur une coupe fraîche, passant à 0,1 猪m en un an à froid et pouvant passer à 1 猪m par 48 heures de chauffage à 500 ⁰C. La combustion de l’aluminium (employé en pyrotechnie) n’est possible qu’avec du fil fin ou de la poudre. À haute température, l’aluminium réduit la plupart des oxydes métalliques; c’est la base de l’aluminothermie et de la préparation industrielle de divers métaux exempts de carbone, manganèse et chrome par exemple.

L’eau est sans action entre 0 et 100 ⁰C; elle augmente simplement l’épaisseur de la couche d’oxyde, par édification, au-dessus de la couche naturelle d’alumine anhydre, d’une couche d’alumine monohydratée cristallisée, qui peut atteindre plusieurs microns par ébullition prolongée. À 350 ⁰C sous pression (industrie nucléaire), l’aluminium est attaqué, d’autant plus qu’il est plus pur, par croissance de la couche d’alumine qui pénètre aux limites des grains et fait gonfler l’échantillon. On a pu corriger ce phénomène en alliant 0,5 p. 100 de fer et 0,5 p. 100 de nickel à l’aluminium raffiné.

L’aluminium se combine directement à tous les éléments non métalliques sauf l’hydrogène, donnant AlCl³ à 250 ⁰C, Al³ à 450 ⁰C, Al⁴C³ à 550 ⁰C, AlN à 700 ⁰C, AlB² à 1 000 ⁰C, etc.

L’acide chlorhydrique dissout très rapidement l’aluminium ordinaire; l’attaque est beaucoup plus lente avec l’aluminium raffiné, et pratiquement nulle pour le métal à 99,999 p. 100. L’acide sulfurique agit lentement et d’autant moins qu’il est plus pur. L’attaque est très faible dans l’acide nitrique dilué, nulle dans l’acide fumant à 48 ⁰Bé (94 p. 100 de H³), que l’on transporte dans des citernes en aluminium. La soude est un puissant dissolvant de l’aluminium. Parmi les acides organiques, seuls l’acide formique et l’acide oxalique ont une certaine agressivité vis-à-vis de l’aluminium; l’acide acétique l’attaque très faiblement.

9. Les alliages d’aluminium

L’aluminium pur a des emplois limités, sauf pour les conducteurs; dès l’origine, on a cherché à faire des alliages, pour avoir des caractéristiques mécaniques plus élevées.

La symbolisation employée ici est celle qui a été adoptée par l’Organisation internationale de normalisation (I.S.O.), fondée sur les symboles chimiques. Par exemple, Al-Cu 4 MgSi désigne le «duralumin» qui renferme en moyenne 4 p. 100 de cuivre, 0,7 p. 100 de magnésium et 0,5 p. 100 de silicium (avec éventuellement 0,7 p. 100 de manganèse).

Il existe un très grand nombre d’alliages: les principaux dans chaque catégorie sont donnés dans le tableau 7. Les deux diagrammes thermiques fondamentaux sont donnés aux figures 5 et 6.

La répartition des phases et la grosseur des grains dépendent avant tout de la vitesse de solidification à la coulée; l’équilibre structural peut encore être modifié par le phénomène de sursaturation des solutions solides; la structure est ensuite modifiée par les déformations plastiques, à chaud ou à froid. On peut agir sur cette structure à l’état liquide par des traitements d’affinage. Le refroidissement lent (fig. 5), lors de la coulée en sable, de l’Al-Si 13 donne un métal fragile (3 p. 100 d’allongement), à cassure grossière; si l’on introduit dans le métal fondu 0,08 p. 100 de sodium, on obtient ensuite, quelle que soit la lenteur de la solidification, un métal non fragile (7 p. 100 d’allongement), à cassure fine. On admet qu’un peu de sodium reste dans l’aluminium fondu, en dispersion colloïdale. Les premiers noyaux de silicium solide qui se forment au refroidissement adsorbent ces particules colloïdales de sodium; ces dernières les empêchent de se développer en modifiant leur tension superficielle. Ceci favorise une surfusion, qui permet la formation brusque d’un grand nombre de nouveaux noyaux lorsque la température s’est suffisamment abaissée. En pratique, le sodium est introduit et brassé au fond du creuset, grâce à une canne de fer à cloche perforée, dans le métal surchauffé vers 770 ⁰C. On peut encore l’introduire, dans du métal à 800 ⁰C, grâce à une poudre de chlorure et de fluorure de sodium; le fluorure est réduit par l’aluminium en donnant du sodium naissant. Les alliages au silicium peuvent également être modifiés par des additions de strontium ou d’antimoine.

À l’état solide, la structure est modifiée par écrouissage et par divers traitements thermiques. L’aluminium se déforme plastiquement à froid par glissement; le plan cristallographique (111) est le plan de glissement préférentiel à froid. Les cristaux initiaux sont brisés en «cristallites» plus petites, il se produit une orientation d’ensemble qui confère au métal une anisotropie plus ou moins marquée; il y a en outre durcissement. L’écrouissage critique, généralement inférieur à 10 p. 100 pour les alliages préalablement corroyés à chaud, est l’écrouissage minimal après recuit permettant une recristallisation par un nouveau recuit. Dans la pratique, il est nécessaire d’éviter les régions d’écrouissage critique, où il se produirait au recuit un grossissement gênant du grain.

Le recuit, chauffage destiné à faire disparaître les effets durcissants de l’écrouissage, se fait en plusieurs étapes: restauration et recristallisation primaire et secondaire.

La grosseur du grain varie selon les conditions de recuit et aussi selon les conditions préalables de fabrication. La tendance au grossissement du grain de certains alliages est réduite par des additions de titane ou de zirconium.

Le durcissement structural de quelques alliages d’aluminium est basé sur la variation de solubilité à l’état solide d’un métal ou d’un composé intermétallique entre la température eutectique et la température ordinaire:

On chauffe un peu au-dessous de la température eutectique, faisant passer en solution solide le maximum de métal ou composé d’addition, et l’on refroidit rapidement, par trempe à l’eau, pour maintenir cette composition de la solution solide en sursaturation. On provoque ensuite le durcissement structural par précipitation de la phase en

excès dans la solution solide; cette précipitation s’obtient par maturation à température ordinaire pour certains alliages (Al-Cu 4 Mg 1) ou par revenu, à des températures de l’ordre de 150 ⁰C, pour des alliages tels que l’Al-Si 1 Mg. La température de maturation, ou de revenu, a une influence capitale. La figure 7 montre, par exemple, le cas de la maturation de l’alliage Al-Cu 4 Mg 1. Le fait qu’il ne mûrit pratiquement pas à 漣 10 ⁰C est utilisé en construction aéronautique; les rivets sont conservés trempés en frigorifique pendant tout un poste de travail.

La réversion est un traitement particulier qui consiste en un chauffage rapide (1 min), à une température précise un peu plus élevée que la température de revenu (280 ⁰C pour Al-CuMgSi), d’alliages durcis par maturation ou revenu après trempe: le métal reprend alors les caractéristiques de l’état trempé; son durcissement ultérieur devient plus lent, ce qui permet une mise en forme pendant plus longtemps.

10. Fabrication des demi-produits

Seuls seront étudiés ici les produits particuliers à l’aluminium et à ses alliages. La fusion est caractérisée par trois points importants:

– grande oxydabilité qui nécessite une protection par un flux et éventuellement une désoxydation;

– facilité d’absorption d’hydrogène qui rend le métal poreux après solidification; il faut donc éviter la présence d’eau et dégazer le métal;

– capacité de dissolution du fer; les instruments en fer doivent être protégés par un mélange approprié (poteyage).

Le procédé de coulée continue a été mis au point pour l’aluminium (fig. 8); il s’est développé ensuite pour les métaux cuivreux et commence à s’appliquer à l’acier. Le métal liquide est versé dans la lingotière refroidie à l’eau. Un «faux fond» ferme la lingotière au démarrage; il est descendu par un vérin, à vitesse régulière, au fur et à mesure que la billette se solidifie. Le métal, ainsi refroidi brutalement, se fige en couches horizontales successives; on a un alliage compact sans retassures, à grain fin et homogène, avec peu de ségrégations.

Le laminage s’effectue à chaud vers 500 ⁰C pour le métal jusqu’à 3 millimètres d’épaisseur puis à froid pour obtenir des feuilles minces. Celles-ci peuvent être collées sur du papier ou sur une feuille de plastique.

Le filage à chaud des alliages d’aluminium, vers 400 ⁰C, demande des pressions variant de 600 à 1 000 MPa selon les alliages.

Le principe du laminage à froid est donné par la figure 9.

Grains, grenaille ou poudre

Les grains (6 à 10 millimètres), servant au calmage des aciers ou comme catalyseur, se préparent en faisant couler le métal à travers une plaque perforée: les gouttes se solidifient et tombent sur un tamis métallique roulant.

La grenaille, utilisée dans les fabrications alumino-thermiques, s’obtient par broyage de déchets de feuilles minces; par centrifugation en faisant tomber un filet d’aluminium liquide sur un disque tournant à 3 000 t/min; par atomisation en pulvérisant le métal liquide par un fort courant d’air, dans une chambre de décantation, suivie d’un silo de tamisage.

11. Mise en œuvre de l’aluminium et de ses alliages

Seules les techniques de mise en œuvre propres à l’aluminium seront étudiées ici.

En fonderie de pièces, les creusets doivent être en plombagine ou mieux en carborundum, à l’exclusion des creusets en fonte, qui souilleraient le métal. Le moulage en sable se fait toujours en sable humide (sable vert) poreux contenant 12 à 15 p. 100 d’argile. Le moulage en coquille exige une bonne protection des noyaux par un «poteyage». Le moulage sous pression s’opère toujours en machines à chambre froide, avec des pressions d’injection de 20 à 100 MPa.

Le travail par déformation plastique (forgeage, matriçage, estampage) est effectué entre 450 et 380 ⁰C, sur «lopins» filés ou lopins coulés homogénéisés; il faut une pression spécifique d’écrasement de l’ordre de 400 MPa.

Dans le filage par choc, le métal est forcé de fluer, à froid, dans l’espace annulaire ménagé entre le poinçon et la matrice.

Le filage inverse (fig. 10) sert à la préparation de tous les tubes souples et du petit boîtage; certaines presses mécaniques, commandées par vilebrequin ou genouillère, produisent jusqu’à 120 tubes à la minute et plus.

Le chaudronnage ne pose pas de problèmes particuliers. On emploie des outils bien polis, pour ne pas blesser un métal tendre, et l’on exclut les mordaches en plomb ou en cuivre, qui pourraient amorcer des inclusions provoquant la corrosion. Les alliages d’aluminium se prêtent facilement à l’emboutissage et aux divers procédés spéciaux: emboutissage par retournement, emboutissage au caoutchouc, procédé «hydroforming», formage par explosion, ainsi qu’au repoussage et au fluotournage. L’usinage nécessite une grande vitesse de coupe (1 000 m/min) avec des outils en carbure. Une forte lubrification, à l’huile soluble ou à l’huile de coupe selon les cas, sert aussi au refroidissement et aide à l’évacuation des copeaux. Les divers procédés de soudage et brasage doivent tenir compte de la nécessité, d’une part d’éliminer la couche d’alumine qui recouvre le métal et, d’autre part, de la bonne conductibilité thermique de l’aluminium. Le soudage oxyacétylénique nécessite un flux salin; un bon lavage est nécessaire après le soudage car le flux est corrosif. On emploie encore le soudo-brasage au chalumeau et le soudo-brasage au four, avec Al-Si 10 comme métal d’apport et un flux additionné de chlorure de zinc.

Le soudage à l’arc en atmosphère d’argon, en courant alternatif, est maintenant le plus couramment employé avec les alliages d’aluminium, surtout parce qu’il ne nécessite aucun flux, la couche d’alumine étant brisée par l’émission d’électrons lorsque la pièce est en position cathodique. Il existe deux variantes: procédé «T.I.G.» avec électrode de tungstène, procédé «M.I.G.» avec fil électrode en alliage d’aluminium, qui sert aussi de métal d’apport.

Les autres procédés de soudage sont le soudage électrique par points, le soudage par pression à froid, par frottement, par diffusion et le soudage aux ultrasons, le soudage par bombardement électronique, le soudage au laser ou à l’arc plasma.

Le collage s’est beaucoup développé, parce qu’il donne souvent des solutions simples pour des assemblages compliqués avec d’autres métaux, le bois, le caoutchouc, les matières plastiques. Les colles à chaud sont à base de résines, les colles à froid exigent le mélange d’une résine et d’un «durcisseur».

12. Traitements de surface

Bien qu’éminemment oxydable, l’aluminium est protégé par la couche d’alumine qui le recouvre. L’attaque chimique du métal se rencontre par exemple avec la soude qui dissout l’alumine, immédiatement reformée par l’eau, puis redissoute, ce qui donne une dissolution uniforme. Avec les acides, ou dans le cas de l’exposition aux intempéries, on a toujours une corrosion électrolytique, par différence de potentiel de contact entre deux métaux au sein d’une solution saline, en présence d’oxygène atmosphérique qui dépolarise l’anode où se décharge l’hydrogène. Pour éviter ou limiter la corrosion on peut soit supprimer les contacts électrolytiquement dangereux, soit effectuer un placage avec d’autres alliages moins nobles qui seront attaqués en premier. On supprime l’humidité par des enduits, et en évitant le contact avec des corps poreux (bois, feutre, amiante). On protège également le métal par divers revêtements: anodisation, peinture, émaillage, dépôt galvanique.

Les traitements de surface mécaniques se font par sablage, grenaillage, brossage et polissage. Le dégraissage est assuré par des solvants organiques, ou mieux, par des solutions alcalines ou acides.

Les autres traitements chimiques de surface nécessaires pour une bonne tenue de la peinture sont le décapage acide ou basique, le brillantage et la conversion qui crée, en surface, une couche chromatée de 1 à 3 猪m.

La peinture s’effectue ensuite en plusieurs étapes: on applique d’abord un primaire, peinture glycérophtalique, vinylique ou à base de caoutchouc chloré, pigmentée au chromate de zinc. La peinture de finition se fait ensuite comme sur les autres matériaux. On peut également pratiquer le cuivrage, le laitonnage, le nickelage, le chromage par dépôt électrolytique à condition de bien préparer les surfaces par un dégraissage, un décapage et un zincage.

L’anodisation (fig. 11 et 12) est un traitement propre à l’aluminium. Il a maintenant des utilisations industrielles considérables pour la décoration. On remplace la couche naturelle d’alumine, de moins de 0,1 猪m, par une couche de 10 à 20 猪m. Celle-ci est obtenue par l’action de l’oxygène naissant à l’anode d’une cuve à électrolyse de l’eau. Cette couche est poreuse, ce qui permet de lui faire fixer des colorants, organiques ou minéraux. Elle doit être «colmatée», c’est-à-dire qu’un traitement à l’eau bouillante transforme partiellement l’alumine en alumine hydratée, d’où une augmentation de volume qui bouche les pores et emprisonne le colorant dans l’épaisseur même de la couche d’alumine. Enfin la couche colmatée, non poreuse, assure une excellente protection contre la corrosion.

La coloration utilise le plus souvent des dérivés de l’alizarine. Pour les emplois dans le bâtiment, une plus grande résistance à la lumière est obtenue avec des colorants minéraux ou bien par coloration électrolytique.

Le colmatage peut se faire par immersion dans une solution de bichromate de sodium bouillante: la couche devient jaune en se chargeant d’un inhibiteur de corrosion.

Le brillantage électrolytique est une anodisation avec un électrolyte qui n’attaque pas l’aluminium mais dissout l’alumine plus vite qu’il ne se forme. Les pièces brillantes subissent ensuite une anodisation sulfurique. La couche transparente d’alumine ainsi formée protège le brillant.

13. Les composés de l’aluminium

Dans tous ses composés, l’aluminium est trivalent. Des composés monovalents existent à température élevée (cf. «Procédés non électrolytiques» in chap. 6).

Une autre caractéristique de l’aluminium est d’avoir un hydroxyde amphotère, qui donne des sels avec les acides forts et des aluminates avec les bases fortes. Parmi les très nombreux composés de l’aluminium, seuls seront traités ici ceux qui ont une utilisation industrielle.

Le fluorure Al³ est une matière première importante dans la fabrication électrolytique de l’aluminium. Il est fabriqué par voie sèche en faisant réagir l’acide fluorhydrique sur l’alumine du procédé Bayer. L’opération a lieu dans un four porté à une température voisine de 1 100 ⁰C. Il existe également des fluorures doubles, dits fluo-aluminates, dont le principal est la cryolithe.

Le chlorure AlCl³ est très soluble dans

l’eau, sa solution s’hydrolyse fortement à l’ébullition. Il sublime sans fondre à 180,6 ⁰C. Anhydre, il est très utilisé comme catalyseur, dans tous les phénomènes de catalyse acide. On le prépare en faisant barboter du chlore dans de l’aluminium fondu, ou en faisant passer un courant de chlore sur des agglomérés d’alumine et de charbon chauffés vers 1 000 ⁰C. Une purification a lieu éventuellement par distillation fractionnée.

L’oxyde d’aluminium ou alumine existe à l’état anhydre dans la nature sous la forme de corindon et d’émeri utilisés comme abrasif, ainsi que sous la forme de pierres précieuses (rubis et saphir). L’alumine hydratée se trouve dans les bauxites.

L’alumine fond à 2 040 ⁰C et bout vers 3 500 ⁰C. L’hydrolyse des solutions d’aluminates donne un produit cristallisé. La précipitation des sels d’aluminium par la soude ou l’ammoniaque donne au contraire des gels d’alumine amorphe. Ces gels servent surtout à préparer l’alumine activée , excellent absorbant, qui sert au séchage des gaz et comme catalyseur dans l’industrie.

Le corindon fondu, utilisé après broyage comme abrasif, se prépare au four à l’arc en fondant la bauxite avec une quantité limitée de charbon destiné à réduire les oxydes de la bauxite autres que l’alumine, qui produisent une fonte en bas du four.

L’alumine donne des aluminates, dont certains comme le spinelle (Al²³, MgO) à l’état naturel.

Le sulfate Al²(SO⁴)³ est très soluble dans l’eau. La solution obtenue est acide par suite d’une hydrolyse partielle. On le prépare par dissolution de l’alumine du procédé Bayer dans l’acide sulfurique et on fait cristalliser. Il est largement employé en papeterie, pour la clarification des jus et le contrôle du pH.

Le silicate anhydre (Al²³, Si²) se trouve à l’état naturel sous forme de sillimanite; le silicate hydraté est la kaolinite (Al²³, 2 Si², 2 H²O). Les polysilicates doubles d’aluminium et de métaux alcalins (zéolithes) servent d’échangeurs de cations dans l’adoucissement des eaux.

L’acétate Al(CH³COO)³ ne se prépare qu’en solution et sert comme mordant en teinture et dans l’imperméabilisation des tissus de laine.

• 1819; en angl. 1812; de alumine

n. m. élément métallique (symbole Al) de numéro atomique Z = 13, l'élément métallique le plus abondant.

— Métal (Al) blanc léger, ductile et malléable, bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, qui entre dans la composition d'alliages légers et est utilisé en quincaillerie et dans les industries aéronautique, automobile, électrique, mécanique.

⇒ALUMINIUM, subst. masc.

Métal blanc, très léger, de symbole Al, que l'on obtient généralement par électrolyse de l'alumine pure :

• 1. Nous passons le soir à causer de cela qui seulement l'intéresse, de ces belles découvertes qui le transportent, ces grands abîmes que la science creuse, de l'aluminium trouvé dans l'argile, des expériences sur la création spontanée.

E. et J. DE GONCOURT, Journal, juin 1861, p. 935.

• 2. Attignies montra le ciel. Jusque-là, ils avaient regardé la terre, avec l'attention du combat, et jamais l'avion lui-même : au-dessus d'eux, en arrière, la lune qu'ils ne voyaient pas, éclairait l'aluminium des ailes.

A. MALRAUX, L'Espoir, 1937, p. 618.

• 3. FLORENCE. — Avec vous, je n'avais conscience que des grands métiers, des grandes entreprises. Je savais, je suivais les luttes du monde, ses soifs, ses trésors. Avec vous, c'était le pétrole, l'or, le fer. Avec lui, c'est le celluloïd, le vernis chromé, le fixé, l'aluminium. Il a un établi de poche. Il sait toutes les soudures pour chaînes de montre, tous les alliages pour cadenas. C'est le dieu des petits métaux.

J. GIRAUDOUX, Cantique des cantiques, 1938, 4, p. 56.

• 4. ... Irène et Frédéric Joliot préparent la plus forte source de polonium jusque-là disponible, et, exposant de l'aluminium aux rayons de cette source, ils découvrent qu'il s'y produit des atomes d'un isotope radioactif du phosphore que l'on ne connaissait pas dans la nature.

B. GOLDSCHMIDT, L'Aventure atomique, 1962, p. 20.

Prononc. :[].

Étymol. ET HIST. — 1. 1813 chim. aluminon « métal obtenu par électrolyse de l'alumine provenant du traitement de la bauxite et de l'argile » (DAVY, Élém. de philos. chimique, II, 405 [trad. de Elements of chemical philos.] ds MACK. t. 1 1939, p. 200 : Cependant, jusqu'ici l'aluminon n'a pas été mis dans un état d'engagement); 2. 1819 aluminium (ID., Élém. de chimie agricole [trad.], p. 55, ibid.).

Empr. à l'angl. : 1 à la forme aluminum, 2 à la forme aluminium (MACK. t. 1 1939, p. 200). Métal découvert par le chimiste angl. Humphrey Davy qui, en 1808, proposa le nom alumium (Davy ds Philos. Transact., XCVIII, 353 ds NED, s.v. alumium : Had I been so fortunate as ... to have procured the metallic substances I was in search of I should have proposed for them the names of silicium, alumium, zericonium and glucium) forme encore attestée en 1815, 1854 et qu'il changea en 1812 en aluminium, sur le modèle de l'angl. alumina « terre d'alun » dep. ca 1790 (DAVY, Elem. of chemical philos., I, 355, ibid., s.v. aluminium : As yet aluminum has not been obtained in a perfectly free state). Aux USA la forme aluminum est en usage dans la terminol. des mines, de l'industr. et du comm.; la forme aluminium est utilisée par les chimistes (DAE 1938, s.v. aluminum); apr. le compte-rendu des travaux de Davy (ds Quartely Rev., VIII, an. 1812, 72, ibid. : aluminium for so we shall take the liberty of writting the word, in preference to aluminum, which has a less classical sound), la forme aluminium l'emporte et intègre le mot dans la série des termes chimiques en -ium (potassium, sodium).

STAT. — Fréq. abs. litt. :56.

BBG. — BADER-TH. 1962. — BÉL. 1957. — BOUILLET 1859. — CHARLES 1960. — CHESN. 1857. — COMTE-PERN. 1963. — DELORME 1962. — DODIN 1968. — DUVAL 1959. — Électron. 1963-64. — FROMH.-KING 1968. — GALIANA Astronaut. 1963. — GALIANA Déc. sc. 1968. — GRAND. 1962. — GUILB. Aviat. 1965. — Lar. comm. 1930. — Lar. méd. 1970. — Lar. mén. 1926. — LASNET 1970. — LITTRÉ-ROBIN 1865. — MACK. t. 1 1939, p. 200. — MONT. 1967. — MUSSET-LLORET 1964. — Nucl. 1964. — PLAIS.-CAILL. 1958. — POIGNON 1967. — SIZ. 1968. — SOÉ-DUP. 1906. — UV.-CHAPMAN 1956.

aluminium [alyminjɔm] n. m.

ÉTYM. 1819; aluminon, 1813, trad. de Davy; de l'angl. aluminium (1812, H. Davy), de l'angl. alumina « terre d'alun », du lat. alumen, -inis; H. Davy avait découvert ce corps en 1808.

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♦ Chim. et cour. Métal blanc, léger, malléable, bon conducteur de l'électricité, très abondant dans la nature sous forme oxydée, et généralement tiré de la bauxite (environ 8% de la lithosphère). Symb. Al; n^o at. 13; masse at. 26,98; dens. 2,7. || L'aluminium est, après le fer, le métal le plus employé dans l'industrie sous forme d'alliages légers (alpax, duralumin…). || Qui contient de l'aluminium. ⇒ Alumineux (2.). || Production de l'aluminium par électrolyse de l'alumine dissoute dans la cryolithe. || Composés naturels de l'aluminium. ⇒ Alumine, aluminite, alunogène, bauxite. — Abrév. fam. ⇒ Alu.