vignette|Vannes en monel|241x241px Un alliage monel, aussi appelé métal monel ou monel , est un alliage à base de nickel et de cuivre avec de petites quantités de fer, de manganèse, de carbone et de silicium. Il comprend parfois du titane, de l'aluminium et du soufre.
Présentation du métal monel ou alliage monel La composition des alliages monel les plus courants, en Europe dans les années 1990, est, en masse, la suivante : nickel ( à ), cuivre ( à ), silicium ( à ), manganèse ( à ), et fer ( à ).
Plus résistants au niveau mécanique que le métal nickel, les alliages monel résistent bien à la corrosion par de nombreux agents chimiques, à la corrosion aérienne, marine, ainsi qu'aux flux rapides d'eau de mer sous pression. Ils peuvent être fabriqués facilement par un travail à chaud et à froid, par usinage et réunis par soudage. Ces alliages présentant une grande résistance aux attaques chimiques conviennent bien en principe à la fabrication de réacteurs chimiques, à la construction navale et à l'électrotechnique, mais aussi en robinetterie industrielle. Le monel est décliné en un grand nombre d'articles commerciaux, du rouleau de fil aux plaques de diverses épaisseurs, des filtres au boulons et rondelles, des profilés aux tuyaux calibrés. Les objets fabriqués en monel sont divers : tuyaux, plaques, profilés, feuilles, fil, textiles ou tissés, filins, filtres, boulons, rondelles, raccords, couvercles, pièces diverses, instruments de musique, lunettes simples, corps de pompe, vannes et clapet, robinets et valves, évier, cœur de réacteur... vignette|Le monel et son logo INCO des années 1920
L'alliage Monel est conçu en 1901 par le chimiste Robert Crooks Stanley, qui travaillait pour l'International Nickel Company (INCO), et le métallurgiste David H. Browne. L'alliage de Monel 400 est initialement un alliage simple binaire de nickel et de cuivre, dans les mêmes proportions (2/3 Ni, 1/3 Cu) que le minerai naturel de nickel des mines de Sudbury en Ontario : il est donc considéré parfois comme lorsqu'il est obtenu par grillage de la matte double de Ni et Cu, puis réduction par le carbone, affinage et purification..
Le nom initial de l'alliage est celui du président de la compagnie, Ambrose MonellAmbrose Monell Issue date: Jan 1906. Lors du dépôt de brevet en 1906, la lettre L finale a dû être abandonnée, parce que Le TLF, cité en lien externe, donne 1909 comme date du brevet : ce doit être la date d'extension de ce brevet à l'Europe. Le Larousse simple de 1930 le mentionne en français sous le nom "métal monell". En France, on parle souvent du métal monel à la fin des années 1930.. Cette dénomination est maintenant une marque commerciale détenue par le groupe .
C'est une gamme d'alliages coûteux, avec des coûts unitaires allant de 5 à 10 fois les prix de cuivre et de nickel, d'où l'utilisation très limitée aux applications indispensables où il ne peut pas être remplacé par des alternatives moins chères. Par rapport à l'acier au carbone, le tuyautage ou la tuyauterie en Monel est largement plus de trois fois plus cherPiping Materials Cost Ratios.
vignette|Le portail Art Déco du hall d'entrée du Guardian Building fabriqué en monel.|gauche
Propriétés Le monel est une gamme d'alliages à solution solide binaire. Comme le nickel et le cuivre sont mutuellement soluble en toutes proportions, ces métaux forment par association une seule phase.
Par rapport à l'acier, le monel est très difficile à usiner comme il durcit très rapidement dès qu'il est mis sous contrainte. Il a besoin d'être tourné et travaillé à vitesse lente et à faible capacité. Il est résistant à la corrosion chimique, notamment aux acides, et certains alliages réfractaires peuvent résister à une flamme d'un feu dont le comburant est l'oxygène pur. Il est couramment utilisé dans les applications en milieux très corrosifs. De petits ajouts d'aluminium et de titane forme les alliages monel K-500 avec la même résistance aux attaques chimiques, mais avec une résistance mécanique beaucoup plus grande en raison de l'effet gammagène créant une "phase gamma prime", avec le vieillissement. Le monel est généralement beaucoup plus cher que l'acier inoxydable.
Les alliages monel 400 ont une densité spécifique de 8,80. Leur point de fusion varie de à . Leur conductivité électrique est d'environ 34 % et, à l'état recuit, la dureté Rockwell B. s'élève à 65Nickel Alloy 400 (Monel). De plus, l'alliage de Monel 400 est remarquable pour sa ténacité, qui se maintient sur une longue plage de températures. Cet alliage monel 400 a d'excellentes propriétés mécaniques à des températures inférieures à zéro degré Celsius. La résistance mécanique à l'allongement et la dureté augmente avec seulement une légère détérioration de la ductilité ou de la résistance à l'impact. Ces alliages ne sont pas soumis la classique "transition ductile-fragile" même lorsqu'ils sont refroidis à la température de l'hydrogène liquide. Voilà une différence remarquable avec de nombreux matériaux ferreux qui sont fragiles et cassants à basses températures, en dépit de leur augmentation de rigidité ou de résistance mécanique à l'allongement.
Utilisations
Applications aérospatiales gauche|vignette|Avion fusée des années cinquante, avec armature en K-monel Dans les années 1960, le monel est utilisé massivement dans la construction aéronautique, en particulier pour la conception d'armatures et de revêtements d'avions fusées expérimentaux, comme le North American X-15, du fait de son excellente résistance aux frictions aérodynamique générant par frottement ipso facto une grande chaleur pendant le vol à vitesses extrêmes. Le métal monel conserve ses caractéristiques à des températures très élevées, ce qui permet de maintenir la forme de l'appareil durant le vol en haute atmosphère à grandes vitesses, une contrepartie à l'augmentation de masse conséquente des pièces en raison de densité assez élevée de l'alliage monel.
Le monel est utilisé en câblage de sécurité pour la maintenance générale de l'avion, de façon à garantir ou assurer que les attaches et fixations ne puissent se détacher, une fois soumises à hautes températures ; du simple fil inoxydable est utilisé ailleurs pour des raisons d'économie.
Production de pétrole et raffinage Le métal monel est utilisé dans les unités pétrochimiques d'alkylation, dans les parties en contact direct avec de l'acide fluorhydrique concentré. En effet, l'alliage offre une exceptionnelle résistance à l'acide fluorhydrique à toutes les concentrations, au-dessus du point d'ébullition. Sur ce point, il figure parmi les alliages les plus résistants à l'attaque chimique. L'alliage monel résiste aussi à l'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique, dans de nombreux milieux à conditions réductrices
Applications maritimes Sa résistance à la corrosion chimique le rend idéal dans les applications techniques telles que les unités de pompage, avec canalisations fermées et tuyauteries, les arbres de pompes, les vannes soumises à l'action de eau de mer ou laissant passer de la saumure, les paniers à crépine, les paniers filtrants, les tamis de récupération ou les grilles de bondes, voire les fils de pêche à la traîne. Certains monels ne sont pas du tout magnétiques et, en conséquence, sont utilisés comme câbles d'ancrage à bord de dragueurs de mines, dans l'équipement domestique pour mesurer le champ magnétique (boîtier). En navigation de plaisance, les fils en monel sont utilisés pour saisir l'axe des manilles des cordes d'ancrage, le monel est communément employé pour les réservoirs d'eau et de carburant, ainsi que pour diverses applications sous-marines. Il est également dans ce cadre utilisé pour les arbres de transmission et pour les boulons de quille.
Cependant, en raison du pouvoir d'électrolyse inhérent à l'eau salée conductrice en contact de différents métaux, accélérant la corrosion par l'apparition de micro-piles galvaniques, les composants en monel employés dans la construction navale doivent être soigneusement isolés électriquement des autres métaux tels que l'acier ou les métaux ferreux. Le quotidien New York Times du a publié un article sur un yacht de 215 pieds de long, "le premier navire qui n'ait jamais été construit avec une coque toute en monel" qui s'est cassé et dégradé à partir de son soubassement, par l'action simultanée des courants électriques et des transports ioniques induits, en morceaux fragilisés en seulement six semaines et a dû être mis au rebut. Le squelette ou l'armature en acier en contact direct avec l'alliage monel s'est rapidement détériorée par effet d'électrolyse.
Les ornithologues peuvent choisir judicieusement le monel pour effectuer un baguage ou un marquage de longue durée des oiseaux de mer, en particulier confectionner des bagues fines ou des anneaux pour de nombreuses espèces comme les albatros qui vivent constamment dans les embruns marins ou au contact de l'eau de mer, environnement corrosif pour de nombreux métaux.
Instruments de musique L'alliage monel est un matériau pour les pistons à valves ou les pièces de roulement des instruments de musique de grande qualité tels que trompettes, tubas et cors, où son excellente résistance à l'abrasion garantit la durabilité dans le temps de l'ajustement entre le piston et l'alésage dans l'instrument (de l'ordre de 1/100 de mm). L'excellente résistance à la corrosion est également un atout car la salive du musicien est suffisamment acide pour détériorer d'autres métaux.
La firme RotoSound a introduit le monel pour les cordes de basse électrique en 1962, et ces cordes métalliques ont été appréciés et choisies par de nombreux artistes, y compris Steve Harris du groupe Iron Maiden, les musiciens du groupe The Who, mais aussi Sting, John Deacon, John Paul Jones et le regretté Chris Squire. Et pourtant, le monel était déjà employé au début des années 1930 par d'autres fabricants de cordes ou manufacturiers d'instruments de musique, tels que la société Gibson Guitar Corporation, qui continue la fabrication de sa mandoline, signée Sam Bush. De même, la société C.F. Martin & Company utilise le monel pour les cordes de guitare acoustique de leur "Martin Rétro". La société allemande de fabrique de cordes Pyramid produit encore des cordes de guitare électrique 'Monel Classics', enroulées sur une base ronde,"PYRAMID Monel Classics" sur le site officiel de Pyramid Strings.
Autres applications vignette|Coupe-papier ou ouvre-lettre des années trente La bonne résistance à la corrosion, à l'attaque chimique des acides et de l'oxygène fait du monel un matériau de choix pour l'industrie chimique. Même les sels fluorures si corrosifs peuvent être placées sans risque dans un appareillage ou un réacteur en monel; cette technologie autrefois maîtrisée par les fournisseurs du groupe chimique Dupont de Nemours a été appliquée de façon systématique pour les unités d'enrichissement de l'uranium par diffusion gazeuse dans la fameuse usine d'Oak Ridge. Ici la plupart des tubes de grand diamètre pour conduire le gaz hexafluorure d'uranium a été réalisée à partir de monel.
Les montages cylindriques pour réguler un gaz agressif pour la tuyauterie comme le chlorure d'hydrogène, constitue un autre exemple, car le PTFE communément employé n'est plus une option appropriée lorsque les pressions de refoulement élevées sont requises. Ces équipements comprennent parfois un collecteur en monel et des robinets, à côté du régulateur, ce qui permet de nettoyer le régulateur sous un flux de gaz inerte et sec après utilisation afin de protéger davantage l'équipement.
Au début du , lorsque les machines à vapeur étaient communément la force motrice principale, le monel a été proposé pour les installations de surchauffe de la vapeur. Pendant les deux guerres mondiales, le monel a été utilisé pour graver sur plaque l'identité militaire des soldats US. droite|vignette| Plaquettes d'identité gravée en monel.