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Nickel et ses alliages

Les applications exigeantes nécessitant une haute résistance à la corrosion, ou une haute résistance à la température ont souvent besoin des alliages de nickel. La famille du nickel et de ses alliages comprend: différents nickel pur, des alliages binaires de Ni-Cu, Ni-Si ou Ni-Mo, des alliages ternaires de type Ni-Cr- Fe, Ni-Cr-Mo, etc. et les superalliages.

 

Le nickel pur commercial se caractérise par une excellente résistance à la corrosion dans les environnements réducteurs.

 

Le nickel et le cuivre forment une solution solide dans toute la gamme de compositions. Ces alliages ne peuvent donc être durcis que par écrouissage et présentent une résistance à la corrosion excellente, meilleure que le nickel pur dans des atmosphères réductrices et meilleure que le cuivre dans les atmosphères oxydantes.

 

Les alliages de nickel et de chrome, les alliages de nickel, chrome et fer ainsi que les alliages de nickel et de molybdène sont des alliages présentant une haute résistance des propriétés mécaniques à la température.

 

Le nickel entre dans la composition de plusieurs familles d'alliages métalliques. En dehors des aciers inoxydables (qui n'appartiennent pas à la famille des alliages de nickel mais à celle des aciers), les alliages de nickels peuvent être classés en trois catégories :

 

Les alliages fer-nickel : ils sont utilisés pour leurs propriétés physiques, parfois étonnantes. Par exemple, l'invar, alliage fer- nickel contenant 36 % de nickel (FeNi36), est quasiment indilatable en-dessous de 200 °C. Il y est utilisé en cryogénie (cuve des navires méthaniers), en physique des lasers (éléments de structure) ou dans les écrans de téléviseurs cathodiques ("shadow mask"). Les propriétés physiques des alliages fer-nickel mises à profit sont les propriétés magnétiques (alliages à forte perméabilité magnétique, alliages à bas point de Curie, alliages magnétostrictifs), élastiques (alliages à très faible coefficient thermoélastique), ainsi que leurs extraordinaires propriétés de dilatation (alliages « indilatables » ou à dilatation contrôlée)

 

Les alliages cuivre-nickel (cupronickels) : ils présentent une très bonne résistance à la corrosion en milieu acide ou marin, ainsi qu'une bonne aptitude à la mise en forme et au soudage.

 

Les superalliages : c'est ainsi qu'on appelle une famille d'alliages de composition complexe, à base de nickel (ou de cobalt), présentant une excellente résistance à la corrosion sèche à haute température et de très bonnes propriétés mécaniques (limite élastique élevée, résistance au fluage). Ce sont des matériaux de choix pour les turboréacteurs (aéronautique) et certaines chaudières. Le développement de ces alliages a accompagné celui des moteurs d'avions depuis le milieu du XXe siècle.

 

Le nickel est aussi utilisé dans la cathode des accus alcalins Nickel-Cadmium, Nickel-Métal Hydrure et Nickel- Zinc.

Cordes de guitare électrique : le nickel est utilisé pour certains types de cordes.

 

Il est utile de situer les emplois du nickel dans les différents types de produits métallurgiques :

10 % sont employés à l’état non allié, essentiellement sous forme de placage électrolytique ;

10 % sont employés dans les aciers au nickel et les alliages fer-nickel ;

10 % sont employés dans les superalliages à base de nickel résistant à la corrosion et dans les alliages superréfractaires ;

60 % sont employés dans les alliages inoxydables ;

5 % sont employés en fonderie ;

5 % sont employés sous forme de produits chimiques et de pièces de monnaie.

 

Comme de nombreux autres métaux, les applications du nickel à l'état pur sont beaucoup moins importantes que celles sous forme d'alliage avec d'autres composants.

 

Quelques alliages spécifiques

 

  • Le Maraging ou acier à durcissement structural

Principal représentant des aciers à hautes caractéristiques mécaniques, il est constitué de 18% de nickel, de 8% de cobalt, de 4% de molybdène et de 0,03% de carbone, ainsi que de divers autres éléments tels que : manganèse, titane, aluminium ou silicium.

 

  • Le Constantan (nom déposé)

C'est un alliage de cuivre et de nickel utilisé entre autres pour la confection de fils de résistance électrique.

 

  • L'Invar

C'est un alliage de fer contenant 36% de nickel et dont le coefficient de dilatation est proche de 0. Il est employé dans l'horlogerie et dans tous les domaines dans lesquels les pièces sont soumises à des variations de températures.

 

Glossaire

 

Les aciers réfractaires

Pour de très nombreuses applications il a été nécessaire de mettre au point des alliages qui conservent des propriétés mécaniques acceptables à haute température (entre 700 et 1000°C) sans se dégrader par oxydation.

 

Les superalliages

Nom générique d'alliages complexes présentant une très bonne résistance à haute température et haute pression à l'oxydation, à la corrosion, au fluage et à des contraintes cycliques (mécaniques ou thermiques). Il sont en général destinés à l'aéronautique, aux réacteurs chimiques, à la cryogénie et aux centrales thermiques.

 

Trempabilité

C'est l'aptitude d'un alliage à bénéficier des effets de la trempe. Cette faculté est souvent déterminée par la grosseur du grain de l'acier et la qualité de son élaboration.

Ferrite

Ferrite

Inconel

Inconel

Molybdène

Molybdène

Tungstène

Tungstène

Nimonic

Nimonic

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