Quelles sont les différences entre un alliage et un métal pur ?

Les métaux constituent la majorité du tableau périodique des éléments. À l'état pur, chaque métal a sa propre masse caractéristique, son point de fusion et ses propriétés physiques. Le mélange de deux ou plusieurs de ces métaux dans un mélange avec un nouvel ensemble de propriétés forme un alliage, un métal composite qui peut avoir des caractéristiques étonnamment différentes.

Par définition, les métaux purs sont constitués d'un seul élément. Les échantillons de ces métaux ne contiennent que des atomes d'une seule substance métallique. Les alliages contiennent deux ou plusieurs éléments ou alliages fondus et mélangés ensemble, de sorte que leurs formules chimiques se composent de plus d'un élément. Par exemple, le fer métallique pur n'est constitué que d'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 encore un autre alliage: l'acier inoxydable.

L'une des raisons pour lesquelles les fabricants combinent des métaux purs pour former des alliages est de modifier les propriétés physiques des métaux. Les métaux purs peuvent être trop mous pour résister à une utilisation régulière, mais leur alliage les rend plus résistants. En tant que métal pur, l'or se plie et s'étire si facilement qu'il se déformerait rapidement s'il était formé en bague et porté au doigt. Les fabricants de bijoux allient l'or pur à l'argent, au cuivre ou au zinc pour améliorer la durabilité et la rigidité du métal. L'or apporte sa couleur et sa résistance à la corrosion; les autres métaux apportent leur force. Le résultat est une bague en or 14 carats qui résiste à l'usure quotidienne.

Dans leur état élémentaire naturel, certains métaux purs réagissent fortement avec leur environnement, s'oxydant et se corrodant jusqu'à devenir inutilisables. Le mélange de ces métaux avec des métaux moins réactifs modifie leur réactivité, prolongeant la durée de vie de l'article allié. L'acier inoxydable tire son nom du fait qu'il ne rouille pas et ne se pique pas comme le ferait un outil en fer pur. Allier les métaux est un moyen de les rendre moins réactifs et plus adaptés aux besoins du fabricant.

Les métaux légers comme 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 chasseur à réaction plus léger peut contenir plus de carburant, d'équipement et de munitions qu'un lourd. Les roues en alliage d'aluminium allègent le poids total d'un véhicule, contribuant à une meilleure consommation d'essence et augmentant la vitesse sur la piste de course.

L'alliage des métaux modifie leur tolérance thermique. Comme ils sont constitués de deux métaux purs ou plus, les alliages n'ont pas de point de fusion unique, mais fondent plutôt sur une plage de températures. Leur structure moléculaire peut élever la plage de fusion globale du métal au-dessus de celle de n'importe lequel de ses métaux constitutifs. 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 technologiquement de son époque, s'est appuyé sur son cadre en alliage de titane léger pour résister aux contraintes thermiques de son supersonique vols.