Voiries analyses d'aluminiums industriels, p

miné et recuit ; 20 à 32, à l'état écroui. Laminé et recuit, il peut donner 16 à 20 0/0 d'allongement. Il est extrêmement malléable, il se forge et se lamine aisément. 11 se recouvre lentement à l'air d'une couche mince d'oxyde, qui le protège contre une action ultérieure.

À l'heure actuelle, l'aluminium commercial contient couramment 99 à 99,5 0/0 d'aluminium ; il renferme généralement 2 à 3 millièmes de fer, un peu de silicium et de sodium.

Les principales applications de ce métal sont :

1° Son emploi en sidérurgie pour l'affinage de l'acier ;

2° Son emploi comme agent de désoxydalion dans la fabrication de certains alliages (bronzes, laitons, etc.) ;

3° La fabrication de nombreux objets, notamment de plats, de batteries de cuisine, d'ustensiles militaires, de divers articles de Paris, etc. ;

4° La fabrication de tubes, cornières, profilés;

5° La préparation d'alliages dont certains ont une grande importance (bronzes d'aluminium, alliages à faibles teneurs en cuivre utilisés par Tautomobilisme, etc.) ;

6° L'obtention de températures élevées et la préparation de certains métaux ;

7° La préparation de couleurs métalliques;

8° La fabrication de câbles conducteurs.

Si Ton compare, k ce dernier point de vue, les propriétés de l'aluminium h celles du cuivre, on trouve les caractéristiques suivantes (Moissonnier, f Aluminium, Gaulhier-Villars, 1903) :

Poids spécifique

ALUMINIUM

CUIVRE

Poids spécifique relatif

Conductibilité

Résistance à la traction par mm2. .

Les différentes qualités des métaux qu'on trouve sur le marché et, par conséquent, leurs différentes caractéristiques

électriques et mécaniques empêchent d'ailleurs de donner des rapports absolus. Les sections des conducteurs en aluminium et en cuivre sont en raison inverse de leur conductibilité :

Sa . 97

Se -61- f'59

en moyenne (ce rapport est approximativement le même que celui des sections de deux fils séparés de 1 numéro dans la jauge Brown et Sharpe). Pour obtenir la même conductibilité, on prendra donc un fil de cuivre de section 1 et un fil d'aluminium de section 1,59. Au point de vue de la charge de rupture, le rapport 1 ,59 ne se conserve pas. Le poids par kilomèlre de fil d'aluminium est de 47,77 0/0 du poids de la même longueur de fil de cuivre d'égale conductibilité.

Les conducteurs d'aluminium et de cuivre coûteraient donc le même prix par kilomètre, si le prix du kilogramme de cuivre était 47,77 0/0 du prix du kilogramme d'aluminium.

La résistance à la traction de l'aluminium pur commercial (98,50 0/0) est moindre que celle de l'aluminium allié avec une faible quantité d'un autre métal. L'aluminium pur commercial a une conductibilité de 63 0/0 h l'échelle de Mathiessen ; cette conductibilité est réduite à 58 0/0 pour un alliage à 1 0/0; à 540/0, pour un alliage à 2 0/0 de matières étrangères.

Quand on emploie l'aluminium pour faire des barres omnibus de station centrale, la question de résistance mécanique n'intervient pas et on peut employer l'aluminium pur. Des barres étirées de 25 X 152 millimètres peuvent atteindre une longueur de 4m,25; des barres de 12 X 100 millimètres peuvent atteindre 7m,90, et des barres de plus faible section peuvent être obtenues un peu plus longues.

Pour des transports de force, il n'est pas opportun de se servir d'aluminium de moins de 59 0/0 de conductibilité.

Pour le fil téléphonique, on réduit un peu la conductibilité, afin de gagner sur la résistance à la traction.

La Hartford Electric C° va employer l'aluminium pour transmettre 10.000 volts à 17km,15 par courant triphasé. Elle

LES MÉTAUX INDUSTRIELS il

doit se servir de câbles à. 7 brins, chaque brin étant compose de 7 fils n° 1 1 de la jauge Brown et Sharpe. On gagnera ainsi près de 18.000 francs sur le prix que coûterait la même ligne en cuivre.

V obtention de hautes températures par l 'ahtmino thermie nous intéresse tout particulièrement, puisqu'elle constitue une méthode de préparation des alliages connue sous le nom d'uluminothermie.

Nous insisterons sur son principe et sur ses applications :

Le principe sur lequel est basée Faluminothermie, méthode créée récemment par M. le Dr Goldschmidt, réside essentiellement dans la réduction des oxydes métalliques par l'aluminium, réduction qui a lieu dans des conditions particulières.

Si Ton examine les chaleurs de combustion des divers corps simples, en rapportant cette quantité de chaleur au poids de l'oxyde contenant i atome = 16 grammes d'oxygène, on a le tableau suivant :

Magnésium (MgO) 145,5 calories

Lithium (LiÔ*) 145,0 —

Calcium (CaO) 145,0 —

Strontium (SrO) 131,2 (?) —

Aluminium (1/3 APO3} 131,2 —

Sodium (Naa0) 100,9 —

Potassium (K*0) 98,2 —

Rubidium (M>*0) 95,5 —

Silicium (1 /2 SiO2) 90,9 —

Bore (i /3 6o20*) 90,9 —

Manganèse (MnO) 90,0 —

Zinc (ZnO) 84,8 —

Phosphore (1/5 P20s) 73,1 —

tain (SnO) 70,7 —

Étain (1/2 SnO2) 70,6 —

Oxyde de carbone (CO) : . . . 68,2 —

Cadmium (CdO) 66,3 —

Fer (i /2 Fe203) 65,9

Tungstène (1/2 TuO*) 65,7

Cobalt (CoO) 64,5 —

Nickel (NiO) 61,5 —

Hydrogène (H20 gaz) 58,1 —

Antimoine (1 /3 SbW) 55,6 —

Arsenic (1/3 As20"*) 52,1 —

Plomb fPbO) 50,8 —

Bismuth (1/3 Bi20») 46,4

Thallium (T120) 42,8

Cuivre (Cu20) 43,8

Soufre (1/2 SO* gaz) 34,6

Mercure (HgO) 21,5 —

Argent (Ag*0) 7,0 —

D'après ce tableau et le principe du travail maximum, l'aluminium devra réduire les oxydes des métaux qui le suivent dans Ténumération précédente. Cette réduction aura lieu avec une facilité d'autant plus grande que la différence des chaleurs de combinaison de l'aluminium et de l'autre métal en jeu avec l'oxygène sera plus grande.

En un mot la thermochimie nous fait prévoir des réactions telles que :

2A1 -\- Fe*03 = AIW + 2Fe + (131,2 — 65,9 =) 65,3 calories 2A1 + 3NiO = At203 + 3Ni + (131,2 — 61,5 =) 69,7 calories.

Le rôle réducteur de l'aluminium est connu depuis fort longtemps ; Henri Sainte-Claire Deville et Wohler l'établirent parfaitement.

MM. Tcssier, élèves de Deville, montrèrent la réduction des oxydes de cuivre et de plomb par l'aluminium. Enfin les recherches de Deville et Wohler relatives à l'action de l'aluminium sur les acides borique et silicique, qui aboutirent à la préparation du silicium et de borures et de b orocarbures d'aluminium, étaient également basées sur ce pouvoir réducteur.

Plus récemment, il faut citer les expériences de MM. (îreen et Wahl, de Philadelphie, qui parvinrent à préparer le manganèse pur, par réduction du protoxyde de manganèse :

2A1 + 3MnO = AlW + Md.

M. Moissan montra, en 1896, qu'un mélange de poudre d'aluminium et d'acide vanadique, projeté sur de l'aluminium en fusion, prend feu en donnant du vanadium qui s'allie à l'aluminium :

Le même savant arriva aussi à produire une réaction semblable avec les oxydes de nickel, chrome, titane, tungstène et uranium. En 1896, également, M. Hélouis prépara des alliages aluminium-vanadium, en mettant de l'acide vanadique en présence d'aluminium fondu.

M. Franck a appliqué aussi la réduction par l'aluminium à un grand nombre d'oxydes. Enfin, ce rôle réducteur de l'aluminium est utilisé pour la coulée de divers alliages, afin d'éviter les phénomènes d'oxydation.

La découverle du Dr Goldschmidt porte sur la manière dont on produit la réaction, manière extrêmement simple et fort avantageuse, puisqu'elle permet de rendre l'opération en quelque sorte continue et d'utiliser la chaleur dégagée au commencement de la réaction pour produire la réaction ellemême.

M. Goldschmidt établit que, lorsque Ton mélange de l'aluminium, en grains ou en poudre, avec un oxyde métallique, tel que Fe-O3, en proportions convenables et que l'on arrive à amorcer la réaction en un point de la masse, elle se propage rapidement.

Le point délicat était d'arriver à un amorçage facile de la réaction.

On opéra d'abord sur un mélange d'oxyde de chrome et d'aluminium et on essaya de produire, en un point donné, une température élevée par un jet de flamme. Après plusieurs tâtonnements, l'expérience réussit; la réaction se propagea très facilement à partir du point d'inflammation.

L'auteur chercha alors un moyen plus simple pour produire le commencement de la réaction. Pour cela il utilisa la réaction donnée par un mélange de poudre d'aluminium et d'un oxyde susceptible de dégager son oxygène beaucoup plus facilement que les oxydes métalliques ordinaires. Les peroxydes étaient tout indiqués; M. Goldschmidt créa alors la cartouche d'allumage, petite boule composée de poudre d'aluminium et de poudre de bioxyde de baryum, auxquelles on ajoute un agglutinant. On place cette amorce à la surface du mélange, on y enfonce un fil de magnésium; le feu, mis à ce fil, se communique à la masse et la réaction se propage. On a entre l'aluminium et le bioxyde de baryum la réaction :

4AI + 3Ba02 = 2A1203 + 3Ba.

Tel est le principe même de la découverte du Dr Goldschmidt.

Production des métaux par aluminothermie. — Pour bien faire comprendre le mode d'application de là méthode, nous allons décrire une expérience dans ses moindres détails.

Proposons-nous l'obtention du chrome en partant du sesquioxyde de chrome. Quatre opérations sont nécessaires :

1° La préparation du mélange ;

2° La préparation de la poudre d'allumage ;

3° La préparation du creuset;

4° L'opération elle-même.

Préparation du mélange. — Nous devons opérer le mélange de sesquioxyde de chrome et d'aluminium.

La première précaution à prendre sera d'éviter, autant que possible, la présence de corps volatils ou décomposables à la température élevée de la réaction. Il faudra donc dessécher le sesquioxyde de chrome et s'assurer (dans un tube à essai, par exemple) qu'il ne contient plus trace d'eau.

11 faut également déterminer l'espèce d'aluminium que Ton veut adopter. En laissant de côté la question de pureté qui doit être aussi grande que possible, on peut utiliser : 1° la poudre d'aluminium impalpable; 2° l'aluminium en grains; 3° l'aluminium en copeaux.

La première sorte d'aluminium présente un grave inconvénient : ce sont les impuretés. En effet, d'après les échantillons que nous avons pu nous procurer pour des recherches personnelles, nous avons constaté que ces poudres impalpables entraînent, d'après leur préparation môme, des matières grasses et du savon, en dehors de toutes impuretés inhérentes à l'aluminium initial.

Si l'on emploie un tel aluminium on peut être certain que l'on aura des explosions nuisibles à la propagation de la réaction et surtout à l'homogénéité de la masse. De plus, on pourrait aller au-devant de l'obtention d'une fonte du métal et non du métal pur, par suite du carbone des matières organiques.

Si Ton désire se servir de cette poudre, que Ton trouve aisément dans le commerce, il faut donc, avant tout, la débarrasser des matières grasses par des lavages soignés à l'essence de pétrole et à l'alcool.

Il est, en général, d'usage d'employer les grains ou les copeaux d'aluminium; le choix n'est pas indifférent; seule l'expérience peut donner «quelque certitude à ce sujet. Toutefois, nous ferons remarquer que fort souvent le grain et la sciure ne donnent pas le même résultat. Il est donc de toule nécessité, lorsqu'on veut se rendre compte d'une réaction, d'employer toujours l'aluminium sous la môme forme. Avec l'oxyde de chrome, le grain de dimension moyenne réussit parfaitement.

Déterminons maintenant les quantités des corps en présence. En général, les quantités théoriques donnent de très bons résultats: mais, suivant la qualité et l'espèce d'aluminium employé, il faut parfois une quantité un peu inférieure ou supérieure k celle donnée par l'équation. La réaction étant

Cr2CP 4- AI* - A P03 + 2Cr,

et les poids atomiques Cr = 52,4; AI — 27,1 ; 0 = 16, nous en déduisons que nous devons mettre en présence 152,8 parties de sesquioxyde de chrome et 54,2 parties d'aluminium.

Nous prenons, par exemple, 15v*,280 de Cr'O* et 5k*,420 d'aluminium, et nous en ferons le mélange aussi intime que possible. Nous aurons ainsi préparé la matière première principale de l'expérience.

Préparation de la poudre d'allumage. — Cette poudre, comme nous l'avons dit, est composée de bioxyde de baryum en poudre et d'aluminium en poudre. Il vaut mieux se servir de poudre d'aluminium impalpable, malgré ses impuretés; car il faut que l'intimité entre le peroxyde de baryum et l'aluminium soit aussi grande que possible.

Pesons 2*r,5 de bioxyde pulvérisé et 0gr,5 d'aluminium en poudre, plaçons les produits sur une feuille de papier et mélangeons-les avec une baguette de bois. Ces précautions sont

absolument nécessaires; car nousavons un mélange très explosif et le moindre choc (que Ton ne saurait éviter dans un mortier ordinaire) est à redouter.

On a ainsi préparé la poudre d'allumage.

Préparation du creuset. — Pour faire l'opération, on se sert d'un creuset en terre ou en plombagine ; cette dernière matière résiste mieux que la terre. ,

Il faut garnir ce creuset de magnésie, sans quoi Ton introduirait dans l'alliage final des matières étrangères provenant du creuset, notamment du silicium dans le cas d'un creuset en terre réfractaire, du carbone et même un peu de silicium dans le cas de creusets en plombagine.

Le garnissage en magnésie est une opération délicate. On fait avec de la magnésie et de l'eau une pâte que l'on applique sur les parois du creuset avec la main ou mieux avec une matrice et on laisse sécher.

Mais, si Ton se sert de magnésie calcinée à basse température, on a un retrait considérable et le revêtement se fendille au séchage. Si l'on emploie de la magnésie calcinée à haute température, la prise est fort longue et le séchage se fait difficilement. En ajoutant à la magnésie fortement calcinée un peu de magnésie calcinée à basse température, on obtient un bon résultat. Nous nous sommes servi à plusieurs reprises d'un mélange contenant 6 0/0 de magnésie calcinée à basse température que l'on humectait de 10 0/0 de son poids d'eau; nous avons eu ainsi d'assez bons garnissages ; mais parfois ils se détachent pendant la réaction.

La méthode indiquée par M. Schlœsing, qui consiste purement et simplement h comprimera la presse hydraulique de la magnésie non humectée contre les parois du creuset, devrait donner de meilleurs résultats.

Production du métal. — Le creuset étant bien séché, on y place unpeudu mélange préparé préalablement, jusqu'au quart environ du creuset. On verse ensuite au centre de la surface quelques grammes de poudre d'allumage, et l'on jette sur cette poudre une allumette enflammée. Il se produit immédiatement

une très légère explosion; le mélange BaO2 + Al entre en réaction et communique le feu à toute la masse qui fond.

Dès que le bain apparaît liquide, on ajoute à la pelle à main le mélange Cr203 -+- Al par petites portions, jusqu'à ce que Von ait dépensé toute la matière préparée.

On laisse ensuite refroidir et au bout de quelques heures on brise le creuset. Si l'opération a été bien conduite, on trouve une matière qui se sépare aisément en deux parties : le culot et une partie tronconique occupant la partie supérieure du creuset. Le culot est constitué par le métal, le chrome dans l'exemple actuel; et l'autre partie est formée d'alumine, de corindon ayant entraîné un peu de chrome.

En général, cette séparation entre l'alumine et le métal est extrêmement nette.

On conçoit, d'ailleurs, comment on peut rendre l'opération continue, avec deux trous de coulée, l'un à la partie inférieure, l'autre à une hauteur convenable dans la paroi du creuset; le premier servant à entraîner le métal, le second à enlever la scorie.

Dans la préparation du chrome, le corindon entraine un peu de ce métal et est, de ce fait, coloré en rouge.

Le Dr Goldschmidt a donné à cette alumine spéciale le nom de corubis.

Remarques générales. — On peut se demander si la généralité de la réaction existe bien, comme le fait prévoir la théorie.

D'après le^ nombreuses expériences qui ont été faites à ce sujet, on peut dire que la réaction a lieu dans toute la généralité qu'indique la thermochimie, c'est-à-dire que la réduction par l'aluminium des oxydes dont la chaleur de formation est inférieure à l'alumine, se fait parfaitement. Mais l'opération n'est pas toujours facile à réaliser, et la séparation des deux parties, métal et corindon, est loin d'être nette dans tous les cas. Pour que l'opération se fasse régulièrement, il est nécessaire, avant tout, que les corps mis en présence ou se formant dans la réaction ne soient pas volatils, ou

il. 2

4 g LES ALLIAGES MÉTALLIQUES

du moins le soient fort peu à la température de la réaction.

Deux cas peuvent se produire : ou l'oxyde que Ton veut obtenir est volatil, tel est, par exemple, le cas de l'acide tungstique, de l'acide molybdique ; ou bien c'est le métal que l'on cherche h obtenir qui est volatil, tel est le cas du plomb, du zinc, etc. De toutes façons le rendement ne sera pas bon. Il est juste, toutefois, d'ajouter qu'avec des corps dont la volatilité n'est pas trop grande, l'opération marche assez régulièrement; la réduction de l'acide tungstique bien desséché est assez facile, quoique présentant quelque danger.

Quant à la séparation du métal de la scorie, elle n'a pas toujours lieu. Elle dépend beaucoup de l'espèce d'aluminium avec laquelle on a préparé le mélange, elle dépend également des quantités employées et enfin, surtout, du point de fusion du métal que l'on cherche à obtenir.

Nous avons déjà indiqué comment les résultats variaient avec l'aluminium employé. Les quantités mises en jeu ont également une très grande influence ; c'est ainsi que, lorsque l'on cherche à préparer le chrome, on n'obtient aucun culot métallique en agissant sur des quantités faibles, même de 1, 2 ou 3 kilogrammes; il se forme seulement des grains répandus dans toute la masse. Ce fait s'explique aisément : le dégagement de chaleur produit par la réaction échauffe le récipient dans lequel on opère, et la chaleur, en quelque sorte canalisée, n'est pas utilisée à la fusion de la masse métallique.

Enfin, le point de fusion du métal que l'on veut préparer a une importance considérable. Plus le métal fond facilement, mieux il se rassemble au fond du creuset. C'est ainsi que .les expériences faites sur le tungstène, ou du moins celles connues, n'ont donné aucun résultat, lorsque l'on n'ajoute aucun artifice au procédé Goldschmidt. Il faut, avant tout, que la température de l'expérience soit suffisante pour amener le métal à l'état de fusion.

M. Stavenhagen a pu arriver k préparer des culots de tungstène et de molybdène, en projetant, dès que la réaction

est terminée, sur l'alumine encore fondue, des feuilles d aluminium et de 1 oxygène liquide provenant de la distillation fractionnée de Tair liquide. Il se produit un phénomène de combustion extraordinai rement vive, qui élève considérablement la température et permet d'atteindre les points de fusion du tungstène et du molybdène.

Évaluation de la température produite. — Le Dr Goldschmidt a évalué à environ 3.000° la température obtenue dans la préparation du chrome. Cette détermination a été faite au moyen du thermophone de Wiborgh.

M. Matignon a fait plusieurs essais avec la lunette pyrométrique de M. H. Le Çhatelier; mais il se forme à la surface des corps une couche d'alumine qui empoche d'appliquer la formule établie par l'auteur de cette élégante méthode.

Qualité des métaux obtenus par le procédé Goldschmidt. — A l'heure actuelle, M. Goldschmidt à Essen-sur-Ruhr et une usine française, préparent industriellement le chrome et le manganèse dont le prix de vente élevé supporte parfaitement l'emploi de l'aluminium. Le manganèse étant légèrement volatil à la température de la réaction, il s'ensuit quelques pertes dans sa préparation.

Il est un point extrêmement important à noter, c'est la pureté des métaux préparés par le procédé que nous avons décrit, lorsque Ton part de matières premières pures. On trouve quelquefois un peu d'aluminium, mais il est relativement facile de l'éviter avec quelque habitude. En tous les cas on n'a pas de carbone, ce qui est, nous le verrons, très important dans un grand nombre de cas.

Préparation des alliages par aluminothermie. — La méthode Goldschmidt est également appliquée à la préparation des alliages.

On peut, en effet, obtenir par cette méthode la réduction simultanée de plusieurs oxydes. Si Ton veut préparer un ferrotitane, on mélangera, d'une part, l'oxyde de fer etraluminium et, d'autre part, l'acide titanique et l'aluminium. Puis on fera

un mélange en proportions convenables, suivant l'alliage que l'on veut fabriquer, des deux poudres ainsi préparées, et Ton opérera comme il a été indiqué pour un seul oxyde. Si les proportions ont été bien choisies, on obtiendra un culot de ferro- titane exempt d'aluminium.

M. Goldschmidt a préparé ainsi du ferro-titane à 40 et à 250/0 de titane.

Le premier ne peut être utilisé pour faire de nouveaux alliages à cause de son point de fusion élevé, tandis que le second est avantageusement employé.

Quant aux alliages d'aluminium, ils peuvent être très aisément préparés par cette voie. En effet, si Ton veut préparer un alliage aluminium-chrome, on prendra un mélange acide chromique-aluminium contenant de l'aluminium en excès. Celui-ci s'alliera au chrome, et on aura un culot d'alliage.

Il faut bien noter cependant que l'on ne peut préparer de cette façon que des alliages relativement peu riches en aluminium. On ne peut, en effet, ajouter au mélange un trop grand excès d'aluminium, sans risquer d'empêcher la propagation, voire même le début de la réaction. Cet excès d'aluminium limitant la réaction est très variable avec l'oxyde employé.

Nous ferons remarquer, enfin, que le résidu de l'opération est du corindon. D'après des expériences faites à Essen-sur- Ruhr, ce produit serait beaucoup plus dur que le corindon naturel ; il raie l'émeri naturel et n'est pas entamé visiblement par les diamants employés pour la perforation. Cette augmentation de dureté pourrait provenir, comme le fait remarquer M. Goldschmidt, d'un peu d'oxyde de chrome ou de manganèse entraîné. Cette scorie est avantageusement utilisée pour le meulage, l'aiguisage, etc.

Le corubis, provenant de la préparation du chrome, se présente en cristaux trop faibles pour pouvoir être utilisés en joaillerie.

BISMUTH

Le bismuth est un métal très fragile, dur; sa cassure est d'un blanc brillant; elle est lamellaire:

Point de fusion (Gautier) 267°

Poids atomique Bi = 208,5

Densité 9,75 à 9,82

Le bismuth est fortement diamagnétique ; il se volatilise à 1.600°. On sait avec quelle facilité cristallise ce métal. Il s'oxyde rapidement.

ANTIMOINE

C'est un métal à texture très lamelleuse ou à grains cristallins; sa couleur est un blanc bleuâtre. Il est très cassant et facile à pulvériser.

Point de fusion (-RolandGosselin) • 631°

Poids atomique Sb = 120

Densité 6,702 à 6,860

L'antimoine s'oxyde peu dans l'air sec; mais, projeté dans l'air à l'état fondu, il y brûle très aisément.

CADMIUM

C'est un métal d'un très beau blanc; il est très mou, assez ductile et très gras.

Point de fusion 322°

Poids atomique Cd = 112,4

Densité 8,60 à 8,70

1. Dans le travail qu'il a fait sur la fusibilité des alliages, M. Roland-Gosselin a fait remarquer que, dans tous les ouvrages de chimie et de'métallurgie, l'antimoine est donné comme fondant à 430*, tandis que son point de fusion est 632*.

Le cadmium bout à 778° (D. Berthelot). Chauffé, il brûle à l'air en donnant de l'oxyde jaune brun.