Pour déterminer le métal le plus résistant sur Terre , nous devons établir quelques règles de base. Pour commencer, il existe plusieurs façons de mesurer la résistance d'un métal particulier.
La résistance à la traction, mesurée en livres par pouce carré (psi), reflète la charge maximale qu'un matériau peut supporter sans se briser. La limite d'élasticité mesure la quantité de contrainte nécessaire pour provoquer une déformation permanente.
Le tungstène possède le rendement et la résistance à la traction les plus élevés de tous les métaux purs, ce qui en fait sans doute le métal le plus résistant au monde. Et pourtant, ce n'est pas l'élément métallique le plus dur ni même le métal le plus résistant en termes de poids.
En parlant de métal pur, la détermination des métaux les plus résistants soulève également une question :le métal le plus résistant doit-il être un métal naturel (métal non allié) ou peut-il être un alliage de plusieurs métaux différents ? L'acier est considéré comme l'alliage le plus résistant sur Terre.
Jetons un coup d'œil à certains des métaux les plus résistants sur Terre et à leurs utilisations surprenantes.
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Le tungstène a le point de fusion le plus élevé (3 695 K) et la résistance à la traction ultime (142 000 psi) de tous les métaux naturels. Le tungstène et ses alliages ont été utilisés pour fabriquer des filaments pour ampoules à incandescence et tubes TV.
À lui seul, ce métal rare a une dureté de 7,5 sur l'échelle de dureté de Mohs (le diamant est de 10), mais le composé de carbure de tungstène est beaucoup plus dur (9,5) et est utilisé pour fabriquer des outils.
L'acier est un alliage de deux éléments :le fer (métal) et le carbone (non métallique). Les alliages d'acier varient dans leur rapport fer/acier ainsi que dans les métaux supplémentaires présents. Par exemple, pour créer de l’acier inoxydable, vous combineriez l’acier avec du chrome. L'acier au carbone contient un pourcentage plus élevé de carbone, ce qui le rend plus résistant que les autres alliages d'acier.
L'osmium est l'un des métaux naturels les plus denses au monde. Cependant, l’osmium est très fragile et est donc généralement utilisé avec parcimonie dans les alliages. Vous pouvez trouver de l'osmium dans les composants des circuits électriques.
Si vous considérez la force comme la dureté, vous pourriez considérer le chrome comme le métal le plus résistant au monde. Avec un indice de dureté de 8,5 sur l'échelle de Mohs, le chrome est le métal le plus dur sur Terre. Il résiste également à la corrosion, d'où la popularité du chromage.
Nommé d'après les Titans colossaux de la mythologie grecque, le titane possède le rapport résistance à la traction/densité le plus élevé de tous les métaux sur Terre. Les alliages de titane (mélanges de titane et d’autres métaux) présentent le rapport résistance/poids le plus élevé de tous les métaux de la planète. Le titane pur est aussi résistant que l'acier, mais 45 % plus léger.
L'impressionnant rapport résistance/poids du titane a fait des alliages de titane les matériaux de prédilection pour les moteurs et carrosseries d'avions, les fusées, les missiles — toute application où les composants métalliques doivent être aussi résistants et légers que possible. Bien que ce ne soit pas un métal particulièrement rare, il est cher en raison du coût de son extraction et de sa production.
L'Airbus A380, le plus gros avion de ligne au monde, contient 77 tonnes (70 tonnes métriques) de titane, principalement dans ses énormes moteurs.
Grâce à une innovation métallurgique des années 1930 appelée « procédé Knox », le forgeage commercial du titane a connu son plein essor dans les années 1940 et 1950. La première application concernait les avions et sous-marins militaires (américains et russes), puis les avions commerciaux dans les années 1960.
En 1791, William Gregor, minéralogiste britannique amateur et pasteur d'église, ramassa un curieux sable noir dans un ruisseau près de la ville de Cornwall. Une partie du sable était magnétique, et Gregor a déterminé qu'il s'agissait d'oxyde de fer, mais l'autre matériau était un mystère. C'était un autre oxyde, bien sûr, mais il n'en figure pas dans les livres de la Royal Geological Society.
Le chimiste allemand Martin Heinrich Klaproth a redécouvert cet étrange oxyde en 1795 et lui a donné son nom mythologique, oxyde de titane, d'après les divinités qui ont précédé les Olympiens dans la mythologie grecque.
Même s'il a été découvert à la fin du XVIIIe siècle, le titane pur n'a été isolé de son oxyde qu'en 1910, lorsque le chimiste américain Matthew Hunter, travaillant pour General Electric, a découvert comment extraire le métal argenté de son oxyde sous haute température et pression. dans une "bombe" scellée
La corrosion est un processus électrochimique qui détruit lentement la plupart des métaux au fil du temps. Lorsque les métaux sont exposés à l’oxygène, que ce soit dans l’air ou sous l’eau, l’oxygène capte des électrons, créant ce que nous appelons des « oxydes » métalliques. L'un des oxydes corrosifs les plus courants est l'oxyde de fer, également appelé rouille.
Mais tous les oxydes n’exposent pas le métal sous-jacent à la corrosion. Lorsque le titane entre en contact avec l'oxygène, il forme une fine couche de dioxyde de titane (TiO2 ) à sa surface. Cette couche d'oxyde protège réellement le titane sous-jacent de la corrosion causée par la plupart des acides, des alcalis, de la pollution et de l'eau salée.
Les propriétés anticorrosion naturelles du titane en font le matériau idéal non seulement pour les avions, mais également pour les composants sous-marins exposés à l'eau salée hautement corrosive. Les hélices des navires sont presque toujours fabriquées en titane, tout comme les systèmes de ballast et de tuyauterie internes du navire, ainsi que le matériel embarqué exposé à l'eau de mer.
Cette même fine couche de dioxyde de titane qui protège le titane de la corrosion en fait également le matériau le plus sûr à implanter dans le corps humain. Le titane est entièrement « biocompatible », ce qui signifie qu'il est non toxique, non allergène et peut même fusionner avec les tissus et les os humains.
Le titane est le matériau chirurgical de choix pour les implants osseux et articulaires, les plaques crâniennes, les racines des implants dentaires, les chevilles pour yeux et oreilles artificiels, les valvules cardiaques, les fusions vertébrales et même les injections urétrales. Des études ont montré que les implants en titane déclenchent la croissance osseuse du système immunitaire directement sur la surface du titane, un processus appelé ostéointégration.
Une autre raison pour laquelle le titane est le choix idéal pour les arthroplasties de la hanche et les broches pour les os fracturés est que le titane a ce fameux rapport résistance/poids élevé, qui maintient les implants légers, et présente exactement la même élasticité que l'os humain.
Alors que le prix du titane pur baissait à la fin du XXe siècle, les fabricants ont commencé à rechercher davantage d’applications commerciales pour ce métal merveilleux. La légèreté et la résistance du titane en font un choix idéal pour les articles de sport.
Les tout premiers clubs de golf en titane sont arrivés dans les magasins au milieu des années 1990, notamment un driver géant de Callaway connu sous le nom de Great Big Bertha. Les clubs étaient chers par rapport aux drivers en acier ou en bois, mais leur succès a conduit d'autres fabricants de sports à se lancer dans le titane.
Vous pouvez désormais trouver du titane dans tous les équipements sportifs où le poids, la résistance et la durabilité sont essentiels :raquettes de tennis, bâtons de crosse, skis, cadres de vélo, battes de baseball, équipement de randonnée et d'alpinisme, équipement de camping et même des fers à cheval pour les chevaux de course professionnels.
Seulement 5 % des 6,3 millions de tonnes (5,7 millions de tonnes métriques) de titane produites chaque année sont forgées en métal. La grande majorité est transformée en dioxyde de titane, le même matériau qui protège naturellement le titane de la corrosion. Le dioxyde de titane est utilisé dans le monde entier comme pigment blanchissant non toxique pour la peinture, les cosmétiques, les médicaments et les aliments, y compris le glaçage des gâteaux blancs.
Autrefois, la peinture blanche était teinte avec un pigment à base de plomb, mais une fois les effets du plomb sur la santé connus, le dioxyde de titane a pris le relais. Il s'avère que les pigments à base de titane ont des propriétés intéressantes.
Les peintres en bâtiment choisissent les peintures blanches à base de titane car elles sont anticorrosion et durent plus longtemps. L'oxyde de titane est extrêmement réfractif, ce qui lui confère un éclat naturel supérieur à celui d'un diamant et produit une nuance de blanc particulièrement brillante.
L'oxyde de titane reflète également la lumière infrarouge, c'est pourquoi des peintures à base de titane sont toujours utilisées à l'extérieur des observatoires solaires pour disperser la lumière infrarouge qui brouille les images.
Maintenant c'est coolL'architecte Frank Gehry a choisi le titane pour envelopper l'extérieur du magnifique musée Guggenheim de Bilbao, qui est recouvert de 33 000 panneaux de titane dont la couleur et la brillance changent selon différentes conditions d'éclairage.
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