Comment fabriquer des alliages d'aluminium

L'abondance naturelle de l'aluminium et sa faible densité incitent les concepteurs à lui trouver de nombreuses utilisations. L'ajout de petites quantités d'autres métaux le rend suffisamment dur pour qu'il devienne un matériau structurel.

Depuis de nombreuses années, les constructeurs d'avions utilisent l'aluminium. En plus d'être légers, les matériaux doivent être rigides et capables de supporter des températures extrêmes. Le lithium, l'élément métallique le plus léger, peut agir comme une impureté de substitution dans un cristal d'aluminium. On a constaté que le cuivre augmentait la résistance des alliages aluminium-lithium. Le magnésium peut également être utilisé comme élément d'alliage à la place du lithium. Les alliages ne sont pas aussi résistants à la corrosion. L'oxyde d'aluminium se forme à la surface de l'aluminium pur, formant une couche protectrice, mais sa formation est interrompue par la présence d'impuretés.
Il ne suffit pas de mélanger du lithium ou du magnésium avec de l'aluminium pour obtenir un métal rigide. Dans le bronze, les gros atomes d'étain empêchent les atomes de cuivre de glisser le long de leurs plans de glissement. Dans l'acier, les petits atomes de carbone remplissent les interstices du réseau de fer, empêchant les plans de fer de glisser. Le lithium et le magnésium ne sont pas plus grands que l'aluminium et, s'ils se trouvent sur des sites du réseau, ils n'empêchent pas les atomes de glisser.
Un processus appelé durcissement par précipitation réduit la malléabilité d'un alliage d'aluminium. Le matériau est chauffé à une température inférieure au point de fusion. Cela augmente la quantité d'impuretés qui se dissolvent dans l'aluminium. On laisse l'alliage refroidir à une vitesse particulière et on le laisse vieillir pendant plusieurs jours.

Bien qu'un atome de lithium ou de magnésium s'insère dans le réseau d'aluminium, il n'est pas aussi fortement lié aux atomes d'aluminium environnants qu'un atome d'aluminium correspondant le serait. Le réseau est soumis à une certaine tension, ce qui le déforme. La chaleur permet aux atomes d'impureté de dériver dans le cristal. Lorsque quelques atomes de lithium se rencontrent, ils se lient et forment un précipité, un amas d'atomes avec un modèle de réseau différent (plus petit). Les précipités bloquent les plans de glissement dans le réseau d'aluminium. Le matériau contenant des précipités est nettement plus dur.
Les alliages d'aluminium peuvent également être travaillés à froid. Le laminage et le pressage déforment les grains et réduisent leur taille.