H   HeLiBe  B C N O F NeNaMg  AlSiP S ClArK CaSc TiV CrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrY  ZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeI XeCsBaLa* HfTaW ReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn FrRaAc** RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg  * CePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu  **ThPaU NpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr

__ Métaux réfractaires __ Définition plus large de métaux réfractaires .__ Métalloïdes réfractaires

Les métaux réfractaires sont une classe de métaux qui sont extrêmement résistants à la chaleur et à l'usure. L'expression est surtout utilisée dans le contexte de la science des matériaux, la métallurgie et l'ingénierie. La définition des éléments qui appartiennent à ce groupe peut varier. Selon la définition la plus courante, ce groupe comprend cinq éléments, deux de la cinquième période, le niobium et le molybdène, et trois de la sixième période, le tantale, le tungstène et le rhénium. Ils partagent tous certaines propriétés, par exemple, ils ont tous un point de fusion supérieur à ; ils sont chimiquement inertes et ont une densité relativement élevée. Leur point de fusion élevé fait de la métallurgie des poudres une méthode de choix pour fabriquer des composants à partir de ces métaux. Certaines de leurs applications sont les outils pour le travail des métaux à haute température, les filaments métalliques, les moules et les récipients pour des réactions chimiques dans des environnements corrosifs. En partie en raison de leur haut point de fusion, les métaux réfractaires ne fluent pas à très haute température.

Définition La plupart des définitions du terme « métaux réfractaires » mentionnent le point de fusion exceptionnellement élevé comme une condition essentielle. L'une des définitions impose ainsi un point de fusion supérieur à .. Les cinq éléments suivants : niobium, molybdène, tantale, tungstène et rhénium sont inclus dans toutes les définitions., tandis qu'une définition plus large, incluant tous les éléments ayant un point de fusion supérieur à , englobe approximativement neuf éléments supplémentaires, le titane, le vanadium, le chrome, le zirconium, le hafnium, le ruthénium, l'osmium et l'iridium. Les éléments transuraniens (ceux au-delà de l'uranium, qui sont tous instables et ne trouvent pas naturellement sur la terre), ne sont jamais considérés comme faisant partie des métaux réfractaires..

Propriétés Physiques + Propriétés des métaux réfractaires Nom Niobium Molybdène Tantale Tungstène Rhénium Point de fusion Point d'ébullition Densité Module de Young Dureté Vickers

Les points de fusion des métaux réfractaires sont les plus élevés de tous les éléments sauf le carbone, l'osmium et l'iridium. Ce point de fusion élevé définit la plupart de leurs applications. Tous ces métaux ont une structure cristalline de type cubique centré, sauf le rhénium, qui est un empilement compact de sphères. La plupart des propriétés physiques des éléments de ce groupe varie considérablement parce qu'ils sont membres de différents groupes du tableau périodique...

La résistance au fluage est une propriété essentielle des métaux réfractaires. Dans les métaux, l'initiation du fluage est en corrélation avec le point de fusion du matériau, le fluage des alliages d'aluminium commence à partir de , tandis que pour les métaux réfractaires des températures au-dessus de sont nécessaires. Cette résistance à la déformation à haute température rend les métaux réfractaires résistants à des contraintes élevées à haute température, par exemple dans les moteurs à réaction ou les outils de frappe...

Chimiques Les métaux réfractaires montrent une grande variété de propriétés chimiques, parce qu'ils font partie de trois groupes distincts dans le tableau périodique des éléments. Ils sont facilement oxydés, mais cette réaction est ralentie dans le métal massif par la formation de couches d'oxyde stable à la surface. Cependant, l'oxyde de rhénium est plus volatil que le rhénium métal, et donc à haute température la stabilisation contre l'attaque de l'oxygène est perdue, parce que la couche d'oxyde s'évapore. Ils sont tous relativement stables face aux acides.

Applications Les métaux réfractaires sont utilisés dans l'éclairage, les outils, les lubrifiants, les barres de contrôle de réaction nucléaire, en tant que catalyseurs et pour leurs propriétés chimiques ou électriques. En raison de leur point de fusion élevé, les composants métalliques réfractaires ne sont jamais fabriqués par coulée. Le processus de métallurgie des poudres est utilisé. Les poudres de métal pur sont compactées, chauffées à l'aide d'un courant électrique, et d'autres fabriquées par travail à froid et des étapes de recuit. Les métaux réfractaires peuvent être travaillés en fils, lingots, barres, tôles ou feuilles.

Tungstène et alliages de tungstène

Le tungstène a été découvert en 1781 par le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele. Il a le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, à ().

Du rhénium est utilisé dans les alliages de tungstène jusqu'à un taux de 22 %, il améliore la résistance aux températures élevées et la résistance à la corrosion. Du thorium en tant que composé d'alliage est utilisé lorsque des arcs électriques doivent être établis. Celui-ci facilite le contact et stabilise l'arc. Pour la métallurgie de poudres, des liants doivent être utilisés dans le procédé de frittage. Pour la production d'alliage lourd de tungstène, des mélanges liants de nickel et de fer ou de nickel et de cuivre sont largement utilisés. La teneur en tungstène de l'alliage est normalement supérieure à 90 %. La diffusion des éléments liants dans les grains de tungstène est faible, même aux températures de frittage, et donc l'intérieur des grains reste constitué de tungstène pur..

Le tungstène et ses alliages sont souvent utilisés dans des applications impliquant des températures élevées, mais encore où une grande résistance est nécessaire et où la forte densité n'est pas gênante.. Les filaments de tungstène équipent la grande majorité des lampes à incandescence des ménages, mais sont également fréquents dans l'industrie d'éclairage comme électrodes dans les lampes à arc. L'efficacité de la conversion de l'énergie électrique en lumière dans les lampes croît avec des températures plus élevées, donc un point de fusion élevé est essentiel pour une application en tant que filament à incandescence.. Dans le soudage aux gaz TIG, l'équipement utilise une électrode permanente, non fusible. Le point de fusion élevé et la résistance à l'usure contre l'arc électrique font du tungstène un matériau approprié pour l'électrode... La forte densité et la dureté sont également des propriétés essentielles favorisant l'utilisation du tungstène dans des missiles, par exemple en tant qu'alternative pour les pénétrateurs à énergie cinétique pour les canons de char.. Le point de fusion élevé du tungstène en fait un bon matériau pour des applications comme des tuyères de fusée, par exemple dans l'UGM-27 Polaris..

Alliages de molybdène

Les alliages de molybdène sont largement utilisés, parce qu'ils sont moins chers que les alliages supérieurs de tungstène. Le plus utilisé est le molybdène TZM, alliage de titane-zirconium-molybdène, composé de 0,5 % de titane et 0,08 % de zirconium. L'alliage présente un plus faible fluage et à des températures élevées, rendant des températures de service au-dessus de possibles pour ce matériau. La résistivité élevée du Mo-30W, un alliage de 70 % de molybdène et 30 % de tungstène, contre l'attaque de zinc en fusion, en fait un matériau idéal pour le moulage du zinc. Il est également utilisé pour construire des vannes pour le zinc en fusion..

Le molybdène est utilisé dans les relais à contacts mouillés au mercure, parce qu'il ne fait pas d'amalgames et est donc résistant à la corrosion par le mercure liquide...

Le molybdène est le métal réfractaire le plus couramment utilisé. Son utilisation principale est le renforcement d'un alliage d'acier. Les tubes de structure et les tuyaux contiennent souvent du molybdène, ainsi que de nombreux aciers inoxydables. Sa force à haute température, sa résistance à l'usure et son faible coefficient de frottement lui donnent une valeur inestimable en tant que composé d'alliage.

Alliages de niobium

vignette|module de service Apollo avec la tuyère noire en alliage niobium-titane |alt=Image du module de service Apollo, la Lune en arrière-plan. Le niobium est presque toujours trouvé associé au tantale (il a été nommé d'après Niobé, la fille du roi mythologique grec Tantale qui a donné son nom au métal). Le niobium a de nombreux usages, dont certains qu'il partage avec d'autres métaux réfractaires. Il est unique en ce qu'il peut être travaillé par recuit pour aboutir à un large éventail de résistances et d'élasticités, et qu'il est le moins dense des métaux réfractaires. Il peut également être trouvé dans les condensateurs électrolytiques et dans les alliages supraconducteurs. Le niobium peut être trouvé dans les turbines à gaz d'aéronefs, les tubes électronique et les réacteurs nucléaires.

Un alliage utilisé pour les propulseurs de fusée, comme dans le moteur principal des modules lunaires Apollo, est le C103, qui se compose de 89 % de niobium, de 10 % de hafnium et de 1 % de titane.. Un autre alliage de niobium a été utilisé pour la tuyère du module de service Apollo. Comme le niobium s'oxyde à des températures supérieures à , un revêtement de protection est nécessaire pour ces applications afin d'empêcher l'alliage de devenir cassant.

Tantale et alliages de tantale

Le tantale est l'une des substances disponibles les plus résistantes à la corrosion.

Plusieurs utilisations importantes lui ont été trouvées en raison de cette propriété, en particulier dans les domaines médicaux et chirurgicaux, ainsi que dans les environnements acides. Il est également utilisé pour fabriquer des condensateurs électrolytiques de qualité supérieure. Les films de tantale viennent en deuxième position pour ce qui est de la capacité par unité de volume, parmi toutes les substances, juste après l'aérogel, et permettent la miniaturisation des composants électroniques et des circuits. Les téléphones mobiles et les ordinateurs contiennent des condensateurs au tantale.

Alliages de rhénium

Le rhénium est le métal réfractaire le plus récemment découvert. Il se trouve en faibles concentrations avec de nombreux autres métaux, dans les minerais d'autres métaux réfractaires, de platine ou de cuivre. Il est utile comme élément d'alliage avec d'autres métaux réfractaires, où il ajoute de la ductilité et de résistance à la traction. Les alliages de rhénium sont utilisés dans les composants électroniques, les gyroscopes et les réacteurs nucléaires. Le rhénium trouve son utilisation la plus importante en tant que catalyseur, dans des réactions telles que l'alkylation, la déalkylation, l'hydrogénation et l'oxydation. Toutefois, sa rareté en fait le plus cher des métaux réfractaires.. Il augmente la cinétique d'oxydation quand il est présent dans un alliage avec le tungstène.

Fluage des métaux réfractaires Les métaux et alliages réfractaires ont attiré l'attention des chercheurs en raison de leurs propriétés et de leurs perspectives pratiques.

Les propriétés physiques des métaux réfractaires, tels que le molybdène, le tantale et le tungstène, leur force et leur stabilité à haute température rendent ces matériaux appropriés pour les applications métallurgiques à chaud ainsi que pour les technologies de four sous vide. De nombreuses applications spécifiques exploitent ces propriétés : par exemple, les lampes à incandescence à tungstène fonctionnent à des températures allant jusqu'à et les enroulements de molybdène pour four résistent à .