Plomb
Ses propriétés mécaniques sont médiocres mais sa résistance à la corrosion est en général très bonne.
Résistance à la traction | 1 kg/mm² |
Limite élastique | 0,5 kg/mm² |
Allongement à la rupture | 40% |
A
l'air, le plomb se couvre d'une pellicule d'hydrocarbonate qui protège
le métal de la corrosion. Il peut convenir à la construction de canalisations d'eau, à
condition que ses eaux contiennent suffisament de sels dissous,
particulièrement des carbonates et des sulfates, afin de limiter la
solubilité des sels de plomb.
Il résiste à l'acide sulfurique aux
concentrations inférieures à 96% pour lesquelles l'acier carbone ne
peut plus être utilisé, ainsi qu'aux anhydrides sulfureux (SO2) et
sulfuriques (SO3). Il résiste également à l'acide phosphorique et à
l'acide acétique concentré.
Par contre il ne résiste pas à l'acide chlorhydrique, ni à l'acide nitrique ou acétique dilué. Les bases l'attaquent.
Le
plomb est surtout utilisé en feuilles ou projeté au pistolet, pour
recouvrir et protéger de la corrosion l'intérieur de cuves ou d'
éléments de tuyauterie construits en métaux mécaniquement plus
résistants.
Il peut être durci par addition de 6 à 8% d'antimoine.
Sa
toxicité rend sa mise en œuvre délicate surtout si des soudures sont
nécessaires. C'est pourquoi son usage est de plus en plus restreint.
Cuivre et alliages
Cuivre pur
Le
cuivre pur a une très bonne conductibilité électrique et une très bonne
conductibilité thermique. C'est d'autre part un métal t:rès malléable
mais ses propriétés mécaniques varient fortement en fonction du degré
d'écrouissage.
Densité | 9 |
Température de fusion | 1083°C |
Limite élastique Re0,2 | 40-440 MPa |
Conductivité thermique
| 360 W/m/K
|
Dureté | 45-105 HB |
Sa
résistance à la corrosion est faible en présence d'oxygène dissous ou
d'agents oxydants. Il faut noter que les ions cuivriques
produits par l'action d'un acide sont eux même des agents oxydants et
donc un milieu acide devient de plus en plus corrosifs avec
l'accumulation des produits de corrrosion. Le cuivre et ses alliages
sont également corrodés par l'ammoniaque et les amines en présence
d'oxygène ou d'agent oxydant en raison des complexes solubles formés
avec les ions cuivriques.
A
la température ambiante, il n'est pas attaqué par l'air. En présence de
gaz carbonique et d'eau, il se recouvre d'hydrocarbonate de cuivre. Il
résiste mal aux acides, aux bases et aux sels.
Son excellente conductibilité thermique le destine à la construction de chaudières, de tuyauteries et d'échangeurs.
Laitons
Les
laitons sont des alliages à base de cuivre et de zinc. Ils contiennent
de 5 à 45% de zinc et éventuellement d'autres éléments tels que plomb,
étain, manganèse, aluminium, ... qui ajoutés en faibles proportions
permettent d'améliorer certaines propriétés.Ils présentent une
excellente aptitude au matriçage, emboutissage, usinage ou frappe à
froid.
Son usage est limité par sa faible résistance à la corrosion.
Le problème potentiel pour les alliages à forte teneur en zinc est la
dézincification. La dissolution sélective du zinc de l'alliage peut conduire à
un matériau poreux et fragile sans modification de ses dimensions
externes. Une addition d'une faible teneur en arsenic et un traîtement thermique particulier permet de limiter ce phénomène.
Les laitons font l'objet des normes:
- NF A 51-102 (tubes d'échangeurs)
- NF A 51-106 (barres)
- NF A 51-115 (laminés pour échangeurs)
- NF A 53-703 (produits moulés)
Laiton amirauté (CuZn29Sn1)
L'additon
de 1% d'étain au laiton à 30% de zinc favorise la formation en service
d'un film d'oxyde d'étain résistant et protecteur. Initialement destiné à la protection des coques de bateaux, sa principale
application dans les industries de procédé est la fabrication de tubes d'échangeurs de chaleur et
d'évaporateurs pour eaux acides mais peu salines.
Naval brass (CuZn38Sn1)
Comparable au laiton amirauté, il est utilisé pour la fabrication de plaques d'échangeurs.
CuZn22Al2
L'addition
d'aluminium conduit à une bonne résistance à la corrosion-érosion.
Utilisé pour la confection d'échangeurs en eau de mer.
Bronzes
Bronzes phosphore
Alliages
de cuivre contenant entre 0,5 et 11% d'étain et jusqu'à 0,35% de
phosphore pour le corroyage. Les alliages destinés à la fonderie
peuvent aussi incorporer du plomb dans leur composition.
Il résistent bien à la corrosion atmosphérique et à l'eau. Leur grande
résistance à l'usure permet de les utiliser pour la fabrication de
paliers de machines.
Bronzes aluminium
Alliages de cuivre contenant typiquement de 9 à 12% d'aluminium et jusqu'à 6% de fer et de nickel.
Outre
leur résistance à la corrosion, ils offrent une résistance mécanique
plus élevée que les autres alliages de cuivre à température modérément
élevée, qui permet de les utiliser jusqu'à 260°C (selon code ASME).
Ils sont principalement utilisés dans les applications en contact avec l'eau de mer.
Cupro-nickels
Alliages
de cuivre contenant de 2 à 30% de nickel. Ils peuvent également être
dopés par de faibles teneurs en fer, chrome, niobium ou manganèse pour
améliorer les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion.
Ils
résistent très bien à la corrosion par la vapeur d'eau ou l'air humide.
Les alliages à haute teneur en nickel sont connus pour leur bonne
résistance à l'eau de mer et aux dépots biologiques. Ceci les destine
particulièrement à l'utilisation dans les équipements et accessoires
alimentés en eau de mer.
Cupro-aluminiums
Les
cupro-aluminiums contiennent de 4 à 15 % environ d'aluminium avec
addition simultanée ou non de fer, nickel ou manganèse, à des teneurs
maximales pour chacun de ces éléments de l'ordre de 5 %. Ils sont
caractérisés par une bonne résistance aux différentes formes de
corrosion chimique, et en particulier à la corrosion marine, alliée à
des caractéristiques mécaniques élevées.
Aluminium et ses alliages
Aluminium pur
La pureté du métal obtenu par électrolyse varie de 99 à 99,9% selon les matières premières utilisées.
C'est un matériau léger; sa masse volumique 2,7g/cm
3 est environ 1/3 celle de l'acier carbone.
Des additions de cuivre, manganèse, silicium, magnésium, zinc ou
chrome permettent d'obtenir des alliages aux propriétés mécaniques améliorées
Les
propriétés mécanique de l'aluminium sont médiocres mais peuvent être
suffisantes si les contraintes sont faibles (faible pression).
Densité | 2,7 |
Température de fusion | 660°C |
Limite élastique Re0,2 | 100 MPa |
Conductivité thermique
| 240 W/m/K
|
Dureté | 28 HB 500 |
L'aluminium
est particulièrement résistant à la corrosion atmosphérique, d'autant
plus qu'il est pur. En particulier la présence de faibles
concentrations de cuivre induisent une corrosion aux joints de grains
de cuivre qui peut s'avérer dramatique pour l'intégrité du matériau.
C'est
un métal très oxydable qui se transforme en alumine. Mais cette couche
d'oxyde protège le métal contre une attaque ultérieure.
L'acide nitrique à faible et forte concentration ainsi que l'acide sulfurique concentré sont sans action.
L'aluminium
résiste bien à l'eau distillée ou aux eaux peu minéralisées, mais
résiste mal à l'eau de mer. Il résiste bien aux solutions aqueuses
diluées dont le pH est supérieur à 4,5 ou inférieur à 9,5. Par contre
les milieux acide (pH <4) et les agents alcalins (pH>10)
l'attaquent rapidement.
Il est compatible avec de nombreux composés
organiques tels que aldéhydes, cétones, esters, amines, acides et
anhydrides organiques s'ils sont secs. Par contreles composés organiques chlorés et les alcools peuvent réagir dangereusement.
Sa position dans la série galvanique fait qu'excepté avec le zinc, tout couple galvanique avec d'autres métaux doit être évité.
Il
est utilisé pour la construction de réservoirs dans l'industrie de
l'acide nitrique, de l'eau oxygénée. L'absence de toxicité le destine
également à l'industrie agro-alimentaire.
La grande conductivité
thermique de l'aluminium en fait un matériau de choix pour la
confection d'échangeurs de chaleur chaque fois que cela est possible.
Alliages d'aluminium
Aluminium-Magnésium
L'addition de 5% de magnésium au maximum améliore sa résistance à la corrosion en milieu marin.
Aluminium-Cuivre
L'addition
de 5% de cuivre au maximum permet de le rendre facilement déformable
par emboutissage mais dégrade fortement sa résistance à la corrosion.
Le plus connu est Au4G (Duralumin).
Pour une utilisation dans un
équipement de procédé, la teneur en cuivre sera limitée à 2,5% pour
préserver la résistance à la corrosion.
Les alliages utilisés dans les industries de procédé
Nom de l'alliage | Composition (%) | Usages |
---|
Fe | Si | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Pb |
---|
1200 (Al 99%) | | | | | | | | | Echangeurs Cryogénie Acide nitrique |
2017A (AU4G) | | 0,5 | 4,0 | 0,7 | 0,7 | | | | Pièces mécaniques |
3003 | 0,7 | 0,6 | 0,1 | 1,0 | | | 0,1 | | Echangeurs Cryogénie Acide nitrique |
5083 | | | | 0,7 | 4,4 | 0,15 | | | Echangeurs Cryogénie |
5086 | | | | 0,4 | 4,0 | 0,15 | | | Echangeurs Cryogénie |
7075 | | | 1,6 | | 2,5 | 0,23 | 5,6 | | Moules plasturgie |
Nickel et ses alliages
Le
nickel est ses alliages à haute teneur en nickel sont des matériaux
dont la résistance à la corrosion est remarquable pour un large
éventail d'environnements. Cependant certains sels et autres substances
ont des effets spécifiques sur certaines compositions d'alliages.
Ils sont très utilisés dans l'industrie chimique.
Ils peuvent être répartis en deux catégories:
- ceux dont la résistance dépend principalement du nickel lui-même
- ceux dont la teneur en chrome permet une passivation de surface
Densité | 8,9 |
Température de fusion | 1455°C |
Limite élastique Re0,2 | 150 MPa |
Conductivité thermique
| 70 W/m/K
|
Dureté |
|
Nickel pur
Le
nickel pur, aussi nommé Alloy 200, peut être utilisé tel quel comme
matériau de construction d'équipement, ou bien en dépot ou placage sur
acier.
Bonne
résistance au chlore, à 1'acide chlorhydrique en l'absence d'oxydant ou
d'ion oxydants (FeIII, CuII), aux chlorures métalliques, à la soude
(concentration des lessives), au phénol. Il est utilisé dans les
industries alimentaires. Le nickel par contre, est attaqué par les
acides tels que HN03, H2S gazeux, ainsi que par l'ammoniac en présence
d'oxydant.
Alliages Nickel-Cuivre
Alliage | Composition (%) |
---|
Cr | Cu | Mo | Fe | Ni | C | autres |
---|
Monel 400 | | 31 | | 2 | 63 | 0,1 | Mn 2 |
Monel K500 |
| 30 |
| 2 | 63 | 0,2 | Mn 1,5 Al 2,7 Ti 0,6 |
Ces
alliages ont une meilleure résistance à la corrosion en milieu oxydant
ou réducteur que le nickel. De plus leur structure (solution solide
homogène) élimine les risques de corrosion électrochimique par
formation de piles entre deux phases de l'alliage. Grace à l'addition
de titane et d'aluminium le K500 présente de meilleures propriétés
mécaniques.
Ce métal est utilisé dans les industries alimentaires,
pétrochimiques (colonnes à distiller, vannes, échangeurs, chaudières,
etc ... ), chimiques (fabrication du sulfate d'ammonium , des acides
gras, des savons, des solvants chlorés, etc...).
Les
alliages nickel-cuivre résistent mal aux sels acides oxydants, aux
acides oxydants, au chlore, au brome ... ainsi qu'à l'ammoniac en
présence d'oxydant.
Alliages Nickel-Chrome-Fer
Alliage | Composition (%) |
---|
Cr | Cu | Mo | Fe | Ni | C | autres |
---|
600 (Inconel) | 16 | | | 8 | 72 | 0,05 | Mn: 1 |
625 | 22 | | 9 | 4 | 61 | 0,05 | Nb: 3,5 |
C-276 (Hastelloy) | 16 | | 16 | 5,5 | 57 | 0,005 | W: 4 |
Ces
alliages sont utilisés particulièrement dans les industries
alimentaires, la pétrochimie, l'industrie chimique. Ils résistent
particulièrement bien à la corrosion à haute température. Ils peuvent
être employés avec l'eau de mer chaude, des acides organiques
bouillant, des mélanges d'acide chlorhydrique et nitrique chauds.
Alliages Nickel-Molybdène-Fer
Alliage | Composition (%) |
---|
Cr | Cu | Mo | Fe | Ni | C | autres |
---|
Hastelloy B | | | 28 | 5 | 67 | | Co 2,5 Mn 1 |
Hastelloy B2 | | | 28 | 2 | 69 | | Co 1 Mn 1 |
Hastelloy B3 | | | 28 | 1,5 | 65 | | Co 3 Mn 3 |
Utilisations:
cet alliage présente la particularité de bien résister aux solutions
d'acides non oxydants, acide chlorhydrique, sulfurique, phosphorique,
dans des gammes de concentrations et de températures très
étendues grâce à l'introduction d'un fort pourcentage de Mo.
Titane
Le titane se présente sous deux formes cristallines:
- la phase alpha, hexagonale, stable en-dessous de 882 °C
- la phase bêta cubique centrée, stable au-dessus de 882 °C.
L'addition
d'éléments d'alliage favorise l'apparition des différentes phases et
leur stabilité dans différents domaines de température.
Les alliages de titane se classent selon trois familles :
-
Les alliages alpha sont soudables, conservent de bonnes
caractéristiques depuis les températures cryogéniques jusqu'à 500/550
°C et offrent une résistance à la corrosion exceptionnelle. Mais ils
sont difficiles à former à froid.
- Les alliages bêta sont
soudables, formables à froid mais instables au-dessus de 350 °C et
fragiles au-dessous de -70 °C. Les traitements thermiques sont
efficaces et ces alliages sont souvent utilisés à l'état recuit ou
traité.
- Les alliages alpha-bêta ont des caractéristiques
intermédiaires : bonne réponse aux traitements thermiques, stables sous
contraintes jusque vers 450/500 °C, moins résistants au fluage, plus
faciles à former et plus difficiles à souder et à usiner.
D'une
manière générale, les alliages ont une meilleure résistance mécanique
et une moins bonne résistance à la corrosion que les nuances de titane
non allié. Le T40 (grade 2 ASTM), titane non allié de type alpha, est
la nuance la plus utilisée dans les industries de procédé.
Le titane présente, à température élevée, une grande affinité pour l'oxygène, l'azote, le carbone et l'hydrogène.
Le
titane doit sa résistance à la corrosion à une oxydation de surface.
Cette protection a la particularité de se reproduire naturellement en
cas de rayure.
Il est très résistant
- aux halogènes (chlore, brome, iode ) à condition qu'ils soient humides
- aux acides minéraux oxydants (nitrique, chromique, perchlorique)
- aux gaz contenant SO2, CO2, H2S
- aux chlorures, bromures, sulfures, sulfates, carbonates, chlorates
Une exposition du titane dans l'eau ou la vapeur d'eau à des
températures supérieures à 90 °C provoque un épaississement du film
d'oxyde qui réduit les vitesses de corrosion.
Son film d'oxyde est très résistant à l'abrasion, l'érosion ou la cavitation et autorise des vitesses élevées des flux procédé.
Propriétés physiques et mécaniques
| Ti40 (Grade 2) |
---|
Densité | 4,51 |
Température de fusion | 1668°C |
Limite élastique Re0,2 | 275 MPa |
Conductivité thermique | 22 W/m/K |
Dureté | 160 HB |
Zirconium
Le
zirconium est un métal résistant et ductile même à basse température, facile à travailler. Il présentet une
excellente résistance à la corrosion chimique, semblable ou supérieure à celle du
titane. Sous forme de poudre il peut s'enflammer spontanément à l'air,
ce qui impose certaines précautions pour le travailler.
Propriétés physiques et mécaniques
| Zr 702
| Zr 705 2-3% Nb |
---|
Densité | 6,52 | 6,64 |
Température de fusion | 1852°C | 1840°C |
Limite élastique Re0,2 | 207 MPa | 379 MPa |
Conductivité thermique | 22 W/m/K | 17 W/m/K |
Dureté | 145 HB | |
Le
Zirconium est un métal ayant une grande affinité pour l'oxygène. Il
forme facilement en surface une couche d'oxyde adhérante et imperméable
qui protège le métal contre les attaques chimiques. Cette couche
protectrice est améliorée par des traitements thermiques appropriés.
Il
offre une excellente résistance dans la plupart des milieux acide
organiques ou minéraux, les solutions salines, les bases fortes et
quelques sels fondus.
En particulier on l'utilise en présence d'acide acétique, formique, chlorhydrique, nitrique même chaud.
Sa résistance à l'acide sulfurique est limitée à des concentrations inférieures à 50%.
Par
contre il résiste mal aux solutions d'acide chlorhydriques contenant
des sels oxydants tels que cuivriques ou ferriques, ainsi qu'au chlore
humide.
Tantale
Le Tantale est le plus résistant chimiquement et le plus coûteux des métaux utilisés dans les industries de procédé.
C'est un métal qui lui même réagi facilement avec de nombreux réactifs, mais se couvre d'une couche d'oxyde (Pentoxyde Ta2O5) particulièrement adhérente et résistante qui lui confère une remarquable résistance aux agresseurs chimiques.
Propriétés physiques et mécaniques
| Ta | TaW2,5 |
---|
Densité | 16,6 | 16,6 |
Température de fusion | 2996°C | 3014°C |
Limite élastique Re0,2 | 100 MPa | 150 MPa |
Conductivité thermique | 54 W/m/K | 55 W/m/K |
Dureté | 180 HV10 35 HB | 115-160HV 55 HB |
Son domaine d'application est limité par la résistance de la couche d'oxyde protectrice.
Au dela de 190°C, la couche protectrice se transforme physiquement et perd son étanchéité.
Cette couche d'oxyde est attaquée par:
- le fluor
- l'acide fluorhydrique ou les solutions acides contenant des ions fluorure
- l'acide sulfurique fumant ou l'oléum
- les solutions de base forte
Lorsqu'il est en contact avec un autre métal, le Tantale tend à
prendre la position de cathode vis à vis de celui-ci, et si une
corrosion électrolytique se développe, de l'hydrogène peut être formé à
la surface du Tantale qui peut l'absorber et être fragilisé. Des
ruptures d'équipements peuvent s'en suivre.
Le Tantale est le seul métal pouvant être employé dans des milieux
indifféremment oxydants ou réducteurs en présence de chlorures. Seuls
le graphite, le PTFE ou le verre et l'émail peuvent aussi être utilisés
dans ces milieux.
L'alliage de Tantale le plus courant dans les industries de procédé est le Ta-2.5W (2,5% de Tungtène).
Le Tantale est employé seul dans la confection de pièces complexes ou
de petite taille, ou bien, pour des formes simples mais de taille
importante sous forme de revêtement de faible épaisseur sur un support
moins noble d'acier carbone ou d'acier inoxydable.
Plus sur le web
- http://copperalliance.fr
- Institut Européen du cuivre
- http://www.euralliage.com
- Site
d'un négociant en métaux non ferreux présentant une excellente synthèse
des propriétés et applications des alliages à base de cuivre et
d'aluminium
- http://www.nickel-alloys.net
- Tout sur le nickel et ses alliages
- http://www.timet.com
- Tout sur le titane par un producteur US.
- https://www.atimetals.com
- Tout sur le zirconium