Alliages de magnésium et d'aluminium dans les applications structurelles

I. Introduction

Les métaux légers sont très importants dans l'ingénierie moderne. Ils permettent de réduire la consommation de carburant et d'améliorer les performances des machines de tous les jours. Aujourd'hui, de nombreux produits utilisent des métaux plus légers pour gagner en efficacité et en résistance. Le magnésium et l'aluminium sont deux choix populaires.

II. Propriétés physiques et mécaniques

Un facteur important est la densité. La densité du magnésium est d'environ 1,74 gramme par centimètre cube. En comparaison, la densité de l'aluminium est d'environ 2,70 grammes par centimètre cube.

Nous examinons ensuite la résistance et la rigidité. Les alliages d'aluminium ont généralement une limite d'élasticité et une résistance à la traction plus élevées. Par exemple, de nombreux alliages d'aluminium ont une limite d'élasticité supérieure à 270 mégapascals. En revanche, les alliages de magnésium ont souvent une limite d'élasticité de l'ordre de 150-200 mégapascals. La rigidité est mesurée par le module d'élasticité. Le module d'élasticité de l'aluminium est d'environ 70 gigapascals, alors que celui du magnésium est plus faible. Cela signifie que l'aluminium peut supporter des charges plus élevées avant de se plier.

La conductivité thermique et électrique est également importante. L'aluminium conduit bien la chaleur et l'électricité. De nombreux alliages d'aluminium sont utilisés dans les échangeurs de chaleur et les conducteurs électriques. Le magnésium a une conductivité plus faible. L'aluminium convient donc mieux aux applications dans lesquelles le transfert de chaleur ou les voies électriques sont essentiels.

III. Comportement à la corrosion

La corrosion est un problème commun à tous les métaux. Les alliages de magnésium et d'aluminium ont leurs propres mécanismes de corrosion. Le magnésium est plus réactif. Il a tendance à se corroder plus rapidement, en particulier dans les environnements humides ou salés. Des traitements de surface et des revêtements spéciaux sont souvent nécessaires pour protéger les composants en magnésium.

L'aluminium forme naturellement une couche d'oxyde résistante. Cette couche le protège de la corrosion dans de nombreuses situations. Cependant, certains alliages d'aluminium nécessitent une protection supplémentaire dans les environnements agressifs. Les revêtements et l'anodisation sont des méthodes couramment utilisées pour améliorer la résistance à la corrosion des deux métaux.

IV. Fabrication et traitement

Les méthodes de transformation des alliages de magnésium et d'aluminium sont très différentes. Les deux métaux peuvent être coulés, extrudés ou forgés. Le moulage est populaire pour les deux car il permet d'obtenir des formes complexes. Toutefois, les alliages de magnésium nécessitent un contrôle minutieux des paramètres de coulée. L'aluminium est plus tolérant lors de la coulée.

L'extrusion et le forgeage font ressortir les avantages mécaniques des deux métaux. Le forgeage produit généralement des pièces plus résistantes. Dans de nombreux cas, les alliages d'aluminium présentent des gains de résistance plus importants grâce à ces procédés.

L'usinabilité est un autre domaine où des différences apparaissent. Le magnésium est plus facile à usiner. Il offre des vitesses de coupe plus élevées. Cependant, il faut être particulièrement vigilant en raison de son inflammabilité et de la production de copeaux fins. L'aluminium s'usine également bien et est utilisé dans de nombreuses pièces de précision.

Les techniques d'assemblage varient d'un métal à l'autre. Le soudage est courant pour l'aluminium. Les adhésifs et le boulonnage sont également fréquemment utilisés. Le magnésium peut être assemblé par soudage, mais le processus peut être difficile. Les ingénieurs peuvent préférer le boulonnage ou les adhésifs pour les joints structurels dans les assemblages de magnésium.

V. Applications structurelles du magnésium et des alliages d'aluminium

Les deux métaux sont utilisés dans de nombreuses structures de la vie quotidienne.

Dans les applications automobiles, les pièces de châssis, les composants de moteur et les panneaux de carrosserie nécessitent souvent une réduction du poids. Les composants en magnésium sont utilisés dans des domaines où chaque gramme compte. L'aluminium est largement utilisé pour les panneaux de carrosserie et les pièces structurelles où la résistance est essentielle.

Dans l'aérospatiale, le poids compte beaucoup. Le magnésium est utilisé pour les éléments intérieurs non critiques en raison de son faible poids. L'aluminium est souvent choisi pour les structures primaires et secondaires. De nombreuses pièces d'avions témoignent de ce mélange de technologies, l'aluminium offrant la résistance et la protection contre la corrosion nécessaires.

L'électronique grand public tire parti des deux métaux. L'aluminium est couramment utilisé dans les châssis d'ordinateurs portables et les boîtiers de smartphones. Ses propriétés de dissipation de la chaleur et sa résistance en font un matériau idéal pour les appareils très compacts. Le magnésium, bien que moins courant, est utilisé dans certains gadgets haut de gamme qui recherchent un design très léger.

VI. Comment choisir entre les alliages de magnésium et d'aluminium ?

Les alliages de magnésium offrent le meilleur gain de poids. Toutefois, ils ne résistent pas aussi bien à la corrosion. En outre, ils sont généralement plus chers en raison des traitements spéciaux qu'ils nécessitent.

Les alliages d'aluminium, en revanche, sont plus solides. Ils offrent une meilleure résistance à la corrosion dans divers environnements. L'aluminium est plus facilement disponible et plus facile à travailler dans le cadre des processus de fabrication standard. Le seul inconvénient est que l'aluminium est un peu plus lourd que le magnésium. Pour de nombreuses conceptions, ce poids supplémentaire est acceptable.

Questions fréquemment posées

F : Pourquoi choisir des métaux légers en ingénierie ?
Q : Les métaux légers réduisent la consommation d'énergie, améliorent les performances et augmentent l'efficacité globale des conceptions.

F : Quel métal résiste le mieux à la corrosion ?
Q : L'aluminium possède une couche d'oxyde naturelle qui le rend plus résistant à la corrosion que le magnésium.

F : Les deux métaux peuvent-ils être utilisés dans la conception automobile ?
Q : Oui, mais le magnésium réduit le poids tandis que l'aluminium offre une résistance et une durabilité supérieures.