Magnésium ou aluminium : quel métal léger est le plus adapté à votre application ?

Il n’y a pas de grand gagnant dans cette comparaison : chaque métal est parfaitement adapté à certaines applications, mais tout aussi inadapté à d’autres. Le savoir à l’avance permet d’économiser beaucoup de temps et d’argent à long terme.

Densité : les principaux avantages du magnésium

L’alliage de magnésium AZ31B présente une densité de 1,8 g/cm³, ce qui le rend environ un tiers plus léger que les alliages d’aluminium, dont la densité se situe entre 2,7 et 2,8 g/cm³. Cette différence de densité devient un critère déterminant dans les secteurs où le poids joue un rôle essentiel, notamment l’aéronautique, le sport automobile et l’industrie automobile haut de gamme.

Toutefois, la densité ne doit pas être le seul critère pris en compte lors du choix d’un métal. Le magnésium possède un module d’élasticité de 45 GPa, contre 70 GPa pour l’aluminium. Cela signifie que l’aluminium se déforme moins facilement sous l’effet d’une contrainte mécanique. Les pièces en magnésium nécessitent généralement des parois plus épaisses et des nervures de renforcement profondes, ce qui peut réduire les avantages liés à sa légèreté.

L’aluminium a également réalisé des progrès considérables dans de nombreux domaines. Par exemple, les alliages aluminium-lithium 2099 associent ces deux éléments afin de réduire la densité tout en augmentant la rigidité, ce qui va à l’encontre du compromis habituel entre ces propriétés. Lorsque la rigidité par unité de poids constitue un critère essentiel, l’aluminium peut donc représenter une solution particulièrement intéressante.

Résistance mécanique et tenue à la chaleur

L’aluminium offre une gamme plus étendue de familles d’alliages et de traitements thermiques. L’alliage 2014, à base de cuivre, présente une résistance mécanique élevée tout en offrant une bonne aptitude à la déformation. Les alliages 7075, à base de zinc, possèdent des résistances élevées à la traction et à la limite d’élasticité, selon leur état métallurgique. Pour les applications nécessitant une résistance à des températures élevées, l’alliage 2618 (contenant notamment du cuivre, du magnésium, du fer et du nickel) permet de conserver une résistance mécanique importante lorsque d’autres alliages d’aluminium commencent déjà à perdre leurs propriétés.

Le magnésium appartient à une famille d’alliages dont la gamme de propriétés est plus restreinte. L’alliage de magnésium AZ31B est un alliage corroyé largement utilisé, apprécié pour sa bonne aptitude à la mise en forme et sa résistance mécanique modérée. À des températures comprises entre 100 °C et 150 °C, l’AZ31B perd une partie de sa résistance mécanique. En revanche, l’alliage ZK60A (à base de zinc et de zirconium) présente une résistance nettement supérieure. Le ZK60A est privilégié lorsque la réduction du poids est essentielle et qu’aucune exposition à des températures élevées n’est prévue. De manière générale, les alliages de magnésium tolèrent moins bien les températures élevées que les alliages d’aluminium.

Les alliages de magnésium présentent néanmoins un avantage souvent méconnu : leurs excellentes propriétés d’amortissement des vibrations. Pour les boîtiers, carters et autres composants nécessitant une réduction des vibrations et des sollicitations en fatigue, le magnésium peut constituer une meilleure solution que l’aluminium.

Résistance à la corrosion et finition de surface

Les alliages d’aluminium des séries 2000 et 7000, selon leur état métallurgique, nécessitent parfois une protection supplémentaire contre la corrosion. Il serait donc inexact d’affirmer que tous les alliages d’aluminium possèdent une bonne résistance à la corrosion.

Le magnésium étant un élément chimiquement plus réactif que l’aluminium, il peut former des couples galvaniques avec pratiquement tous les métaux couramment utilisés dans la construction. Lorsqu’un alliage de magnésium est en contact électrique avec de l’acier, du cuivre ou de l’aluminium dans un environnement humide, le risque de corrosion galvanique est élevé. Il est donc indispensable d’appliquer des revêtements adaptés et d'assurer une isolation électrique entre le magnésium et les autres métaux afin de prévenir ce phénomène.

Il arrive fréquemment que des éléments structurels fabriqués en alliage de magnésium présentent des défaillances en cours d’utilisation en raison d’une mauvaise association du magnésium avec d’autres métaux.

Fabrication et transformation

L’aluminium est généralement considéré comme un matériau facile à usiner, à mettre en forme, à souder et à traiter en surface. De plus, les connaissances techniques et le savoir-faire industriel liés à sa transformation sont particulièrement développés.

En revanche, la structure cristalline hexagonale du magnésium limite son aptitude à la déformation à température ambiante. C’est pourquoi le forgeage du magnésium est généralement réalisé à des températures élevées. L’alliage de magnésium AZ31B est également beaucoup plus facile à souder que d’autres alliages de magnésium contenant des proportions plus importantes de zirconium.

L’usinage du magnésium nécessite des précautions particulières. Bien que le magnésium sous forme massive ne s’enflamme pas facilement, les copeaux de magnésium sont hautement inflammables. Il est donc essentiel d’utiliser des outils bien affûtés, d’adopter des procédures spécifiques pour la manipulation et l’évacuation des copeaux et de mettre en place des mesures de sécurité incendie adaptées. Un usineur expérimenté peut néanmoins travailler les alliages de magnésium avec une grande efficacité.

Comment choisir le bon alliage ?

L’aluminium convient particulièrement aux applications dans lesquelles la tenue aux températures élevées, la résistance à la corrosion, la rigidité et la facilité de fabrication sont des critères au moins aussi importants que le poids.

Le magnésium trouve quant à lui sa place lorsque la réduction du poids constitue la priorité, lorsqu’un bon amortissement des vibrations est recherché ou lorsque la conception de l’ensemble permet d’assurer une protection adéquate et une fabrication adaptée aux particularités de cet alliage.

Bien que le prix de la matière première soit un facteur à prendre en compte, il ne représente qu’une partie du coût total. Les opérations de transformation, l’outillage et l’usinage peuvent considérablement augmenter ou réduire le coût final d’une pièce.

Chez Dynamic Metals, nous proposons une large gamme d’alliages d’aluminium et de magnésium, disponibles avec différentes finitions et accompagnés de leur documentation technique.

N’hésitez pas à nous contacter pour obtenir davantage d’informations et discuter de vos besoins spécifiques.