Chrome

Le chrome est un métal léger blanc bleu-argent. Le mot chrome vient du grec « chroma » et signifie couleur. Grâce à sa très grande résistance à la corrosion provoquée par des acides et bases très divers, ainsi que les gaz chauds, le chrome est un matériau très utilisé pour les revêtements protecteurs. Dans les équipements de combustion, le chrome est utilisé en tant que revêtement résistant à l'usure pour augmenter la durée de vie de composants spécifiques. En tant que composant dans les piles à combustibles haute-température, notre chrome se comporte à merveille. En plus de ces applications, notre chrome est également utilisé comme revêtement décoratif sur des éléments de commande d'appareils, ainsi qu'en bijouterie.

Cible de pulvérisation pour les couches de matériaux durs
Cible de pulvérisation pour les couches de matériaux durs
Interconnexion pour piles à combustible SOFC
Interconnexion pour piles à combustible SOFC
Numéro atomique24
Numéro CAS7440-47-3
Masse atomique51,996
Point de fusion1 900 °C
Point d'ébullition2 672 °C
Volume atomique0,012 [nm3]
Densité à 20 °C7,15 [g/cm3]
Structure cristallinecubique centrée
Constante du réseau cristallin0,28847 [nm]
Ressource dans l'écorce terrestre200,0 [g/t]
Utilisations
Utilisations
Chrome alliages
Alliages
Propriétés
Propriétés
Présence naturelle et préparation
Présence
Métallurgie des poudres
Métallurgie
des poudres

Pureté garantie.

Vous pouvez nous faire confiance en matière de qualité. Nous produisons nous-mêmes nos produits à base de chrome, depuis la poudre métallique jusqu'au produit fini. Nous utilisons exclusivement la poudre de chrome la plus pure qui soit comme matériau de base. C'est pourquoi vous pouvez être sûrs de bénéficier de matériaux d'un très haut niveau de pureté.

Nous garantissons que notre chrome (HP) a une pureté de 99.8 %. En correspondance ave l'analyse chimique, les éléments restants sont les suivants:

ElémentGarantie valeur max.[µg/g]
Fe1 500
Mo50
W50
Si500
O1 000
N200
C300
autres300

Nous garantissons que notre chrome (UHP) a une pureté de 99.95 %. En correspondance avec l'analyse chimique, les éléments restants sont les suivants:

ElémentGarantie valeur max.[µg/g]
Fe300
Si100
W50
Mo50
C100
O300
N200

Excellente résistance à l'usure. Aspect magnifique.

Du fait de ses propriétés uniques, il n'est pas étonnant de retrouver notre chrome dans certaines applications industrielles très spéciales, par exemple en tant que matériau de revêtement dans des processus très divers :

En tant que revêtement de haute dureté à base de nitrure de chrome appliqué sur des pièces en mouvement, ce matériau procure une protection fiable contre l'usure et l'abrasion. En outre, le chrome procure brillance et lustre aux montres et à des accessoires de toute sorte. Parallèlement à cela, le chrome protège de la corrosion.

Du chrome pur ou peut-être un alliage ?

Nous préparons notre chrome de manière à ce qu'il se comporte parfaitement dans toutes les applications. Grâce à l'ajout d'alliages divers, nous pouvons maîtriser les propriétés suivantes :

  • Propriétés physiques (par ex. point de fusion, pression de vapeur, densité, conductivité électrique, conductivité thermique, dilatation thermique, capacité thermique)
  • Propriétés mécaniques (par ex. résistance, comportement à la rupture, ductilité)
  • Propriétés chimiques (par ex. résistance à la corrosion, résistance aux attaques)
  • Malléabilité (par ex. usinage, mise en forme, soudabilité)
  • Propriétés de structure et de recristallisation (par ex. température de recristallisation, tendance à la fragilisation, effets du vieillissement, taille des grains)

Et ce n'est pas tout : en utilisant notre propre procédé de fabrication, nous pouvons ajuster différentes propriétés supplémentaires du chrome et des alliages de chrome parmi une large plage de valeurs.

Nom du matériau Composition chimique (pourcentage en poids)
Cr (haute pureté) > 99,8 %
Cr (ultra haute pureté) > 99,95 %
CFY < 95 % Cr
5 % Fe
Yttrium
ITM < 74 % Fe
26 % Cr
(Mo, Ti, Y2O3)

CFY (Chrome-Fer-Yttrium).

Le CFY est un alliage à base de chrome contenant 5 % de fer. Ce matériau est principalement utilisé pour les interconnexions dans les piles à combustible. Le coefficient de dilatation du CFY est précisément adapté à celui de l'électrolyte présent dans la pile à combustible. Le tableau ci-dessous présente la courbe de dilatation thermique de notre alliage CFY.

Température [°C] 300 400 500 600 700 800 900
Coefficient de dilatation thermique linéaire [10-6K] 8.88 9.19 9.5 9.8 10.1 10,5 10.8

À des températures d'utilisation pouvant atteindre 850 °C, la résistance à la corrosion du matériau choisi est un facteur primordial. En particulier, une interconnexion en CFY doit supporter l'oxygène de l'air ainsi qu'une concentration élevée en hydrogène.

À des températures de fonctionnement élevées, les matériaux sont également exposés à des contraintes mécaniques énormes. Notre alliage de CFY possède une bonne stabilité à haute température ainsi qu'une bonne résistance au fluage. Grâce à cela, notre matériau reste stable et résiste en permanence à la déformation.

ITM (Intermediate Temperature Metal, métal à température intermédiaire).

Notre ITM est un alliage à base de fer, contenant 26 % de chrome et une infime quantité d'oxyde d'yttrium. Cet alliage est utilisé dans les interconnexions et comme support pour les cellules électrochimiques actives dans les piles à combustible à oxydes solides (SOFC). L'alliage utilisé dans les deux applications est le même, mais ses propriétés sont radicalement différentes selon l'utilisation demandée.

En tant qu'interconnexion, l'alliage ITM est fritté de manière à être totalement étanche au gaz, puis laminé. Il fonctionne à la fois comme support et comme contact dans les piles à combustible. Les interconnexions doivent être résistants à la corrosion et dimensionnellement stables à des températures pouvant atteindre 800 °C. Cela est rendu possible grâce à l'utilisation de l'oxyde d'yttrium comme dopant.

L'élément de support en ITM des cellules électrochimiques actives a remplacé les supports conventionnels en céramique utilisés dans les piles à combustible mobiles. Pour cette application, nous frittons l'alliage ITM d'une manière qui le rend particulièrement poreux. Ce n'est que par cette méthode que nous pouvons obtenir le degré de perméabilité au gaz requis par la pile à combustible. Le support en ITM est plus à même de supporter les contraintes induites par les fluctuations de température lors des cycles de démarrage-arrêt que les solutions en céramique. L'ITM présente également une meilleure stabilité mécanique que les matériaux en céramique en réponse aux vibrations et aux mouvements.

Notre alliage ITM peut également être utilisé comme composant dans les reformeurs à vapeur pour la production d'hydrogène. La demande d'hydrogène et le désir d'indépendance vis-à-vis des producteurs industriels sont en croissance constante. Notre alliage ITM est utilisé comme membrane tubulaire dans les petits systèmes de production d'hydrogène indépendants. Pour cette application, nous frittons notre ITM de manière à le rendre poreux et à permettre la diffusion optimale de l'hydrogène.

Nous appliquons un revêtement de palladium sur la membrane tubulaire en ITM. Bien que le matériau soit perméable à l'hydrogène, il empêche la diffusion des gaz indésirables.

Il est possible produire de l'hydrogène d'une pureté supérieure à 99,9 % de manière économique et efficace. À des températures de fonctionnement supérieures à 500 °C, la membrane en forme de barre doit conserver sa forme. Elle ne doit pas s'oxyder. Notre alliage ITM, qui est stabilisé à l'oxyde d'yttrium, est le matériau idéal pour cela.

Un bon métal polyvalent. Propriétés matérielles du chrome.

Le chrome appartient à la classe des métaux réfractaires. Bien que son point de fusion de 1907 °C soit plus élevé que celui du platine (1772 °C), il est parmi les plus bas des métaux réfractaires. Dans la plupart des cas, le point de fusion élevé des métaux réfractaires est associé à une faible pression de vapeur. Ce n'est pas le cas du chrome. Ce métal a une pression de vapeur très élevée. La densité du chrome est également proche de celle du fer et du niobium, et est inférieure aux 10 g/cm3 du molybdène et du tungstène. Le module d'élasticité du chrome est également inférieur à celui du molybdène et du tungstène.

Le chrome est l'un des métaux réfractaires les plus résistants. Il résiste à des acides et à des bases très diverses et possède un ensemble de propriétés très spéciales :

Propriétés
Numéro atomique 24
Masse atomique 51,996
Point de fusion 1 900 °C / 2 173 K
Point d'ébullition 2 672 °C / 2 945 K
Volume atomique 1.2 · 10-29[m3]
Pression de vapeur à 1 800 °C
à 2 200 °C
267 [Pa]
7161 [Pa]
Densité à 20 °C (293 K) 7,15 [g/cm3]
Structure cristalline cubique centrée
Constante du réseau cristallin 2.8847 · 10-10[m]
Dureté à 20 °C (293 K) 180 - 250 [HV10]
Module d'élasticité à 20 °C (293 K) 294 [GPa]
Coefficient de Poisson 0.21
Coefficient de dilatation thermique linéaire à 20 °C (293 K) 6.2 · 10-6[m/(m·K)]
Conductivité thermique à 20 °C (293 K) 93.7 [W/(m·K)]
Chaleur spécifique à 20 °C (293 K) 0,45 [J/(g·K)]
Conductivité électrique à 20 °C (293 K) 7.9 · 106[1/(Ω·m)]
Résistance électrique spécifique à 20 °C (293 K) 0.127 [(Ω·mm2)/m]
Vitesse du son à 20 °C (293 K) Onde longitudinale
Onde transversale
6 850 [m/s]
3 980 [m/s]
Travail d'émission électronique 4,5 [eV]

Propriétés thermophysiques.

La plupart des métaux réfractaires ont un faible coefficient de dilatation thermique linéaire et un haut niveau de conductivité thermique. Cependant, le chrome n'a pas ce même comportement caractéristique qu'ont le molybdène ou le tungstène. Son coefficient de dilatation thermique est relativement élevé. Au-dessus de 37 °C, le comportement du matériau passe d'antiferromagnétique à paramagnétique. Entre cette température et le point de fusion du matériau, le coefficient de dilatation augmente fortement. Cette température de transition (température de Néel) est une transition de phase du premier ordre et correspond à une forte augmentation du volume du chrome, qui influe grandement le coefficient de dilatation thermique, ce qui entraîne par conséquent une courbe non linéaire.

Les solides peuvent présenter cinq types de comportement magnétique différents, selon leur structure atomique. Deux d'entre eux, l'antiferromagnétisme et le paramagnétisme, sont observés chez le chrome, selon la température.

Dans le cas du paramagnétisme, les différents moments magnétiques sont alignés avec le champ magnétique externe et le renforcent. Lorsque le champ magnétique externe est supprimé, les champs magnétiques internes s'effondrent de nouveau.

Dans le cas de l'antiferromagnétisme, les différents moments magnétiques sont antiparallèles au champ magnétique externe, ce qui fait qu'il n'y a aucun comportement magnétique mesurable au niveau macroscopique.

Bien que la conductivité thermique du chrome soit inférieure à celle du tungstène et du molybdène, la courbe suit exactement le même sens de variation : la conductivité décroît lorsque la température augmente. Au voisinage de la température de Néel, la conductivité thermique est également influencée par la transition de phase, bien que cela ne soit pas aussi marqué que pour le coefficient de dilatation thermique.

Certaines propriétés thermophysiques du chrome sont fortement influencées par la température. Le diagramme ci-dessous détaille les courbes de coefficient de dilatation thermique et de conductivité thermique.

Coefficient de dilatation thermique linéaire du chrome comparé à ceux du molybdène et du tungstène
Coefficient de dilatation thermique linéaire
du chrome comparé à ceux du molybdène et du tungstène
Conductivité thermique du chrome comparée à celles du molybdène et du tungstène en fonction de la température

Propriétés mécaniques.

En tant que métal à structure cubique centrée, le chrome, de même que le molybdène et le tungstène, a une température de transition fragile/ductile. Dans le cas du chrome, cette plage de température peut aller de -50 °C à 350 °C. Le facteur le plus important influant sur cette transition fragile/ductile est la pureté du chrome et, en particulier, son contenu en azote et en oxygène. Cependant, la présence d'autres éléments dans les alliages, la microstructure et le degré de travail à froid ont également un impact significatif sur la température de transition. Le chrome totalement recristallisé ne présente absolument aucune ductilité à température ambiante. Cependant, si le chrome est mis en forme ou recuit, le matériau devient ductile. L'ajout de fer en tant qu'élément d'alliage augmente également la ductilité du chrome.

Le chrome devient plus résistant avec le travail à froid, et cette résistance peut être encore augmentée par l'ajout de différents éléments d'alliage. Pour garantir un haut degré de stabilité thermique et de résistance au fluage, nous allions notre chrome avec de l'oxyde d'yttrium. Cela prépare le matériau pour une utilisation à des températures pouvant atteindre 850 °C.

Contrairement aux autres métaux réfractaires, le molybdène et le tungstène, le chrome a un point de fusion relativement bas (1 907 °C). Son module d'élasticité est, lui aussi, relativement faible. Cependant, le chrome bénéficie d'un module d'élasticité bien plus grand que le tantale ou le niobium, qui ont tous deux un point de fusion plus élevé que le chrome.

Module d'élasticité du chrome, comparé à nos autres métaux réfractaires : molybdène, tungstène, tantale et niobium
Module d'élasticité du chrome, comparé à
nos autres métaux réfractaires : molybdène, tungstène,
tantale et niobium

Comportement chimique.

La plupart des gens connaissent bien l'utilisation du chrome dans les alliages d'acier inoxydable et les revêtements protecteurs dans différentes sortes d'applications. Au contact de n'importe quel milieu corrosif tel que l'oxygène, le chrome forme une couche transparente passive (Cr2O3) . Cette couche passive est totalement stable dans les conditions atmosphériques courantes ainsi que dans les solutions aqueuses. De ce fait, le chrome est fréquemment utilisé comme revêtement à la fois décoratif et résistant à la corrosion. Cette même couche passive protège également les aciers inoxydables contre la corrosion.

Le Cr2O3 protège également le chrome, de manière fiable, contre les acides agressifs tels que l'acide sulfurique et l'acide nitrique. Grâce à son exceptionnelle résistance aux gaz chauds, le chrome excelle dans les équipements de combustion tels que les turbines à gaz ou les moteurs diesel. Des températures pouvant atteindre 1 000 °C ne posent aucun problème au chrome. En terme de stabilité, il n'a rien à envier aux meilleurs matériaux disponibles sur le marché.

Le tableau indique la résistance du chrome à la corrosion. Sauf mention contraire, ces spécifications concernent les solutions pures non mélangées avec de l'oxygène. D'infimes concentrations en substances métalliques étrangères chimiquement actives peuvent modifier la résistance à la corrosion de manière significative. Vous avez des questions sur la corrosion ou sur des sujets connexes ? Nous nous ferons un plaisir de mettre notre expérience et notre laboratoire interne de corrosion à votre disposition.

Résistance à la corrosion provoquée par l'eau, les solutions aqueuses et les non-métaux
Eau Eau chaude < 150 °C résistant
Acides inorganiques Acide nitrique < 65 % jusqu'à 120 °C
Acide nitrique < 98 % jusqu'à 70 °C
Acide chlorhydrique / acide nitrique < 10 / 1 % jusqu'à 130 °C
Acide sulfurique / acide nitrique < 55 / 30 % jusqu'à 120 °C
Eau régale jusqu'à 120 °C
résistant
résistant
résistant
résistant
résistant
Acides organiques Acide acétique < 100 % jusqu'à 100 °C
Acide oxalique < 10 % jusqu'à 100 °C
Acide formique < 90 % jusqu'à 100 °C
résistant
résistant
résistant
Soudes caustiques Hydroxyde de sodium < 80 % jusqu'à 235 °C
Éthylène-diamine < 50 % jusqu'à 180 °C
résistant
résistant
Solutions salines Cyanure de sodium de < 30 % jusqu'à 100 °C
Sulfure de sodium de < 60 % jusqu'à 130 °C
résistant
résistant
Gaz SO2jusqu'à 1000 °C
CH4 jusqu'à 967 °C
O2jusqu'à 967 °C
Air jusqu'à 967 °C
Ar / NO2jusqu'à 967 °C
N2jusqu'à 967 °C
NH3jusqu'à 967 °C
résistant
résistant
résistant
résistant
résistant
résistant
résistant

Présence naturelle et préparation.

En 1766, Johann Gottlob Lehmann découvrit un minerai de plomb de couleur brun-rouge (PbCrO4), connu aujourd'hui sous le nom de crocoïte. À l'époque, le chrome était encore inconnu et n'était pas reconnu comme étant un composant de ce minerai rouge. Ce n'est qu'en 1797 que Louis Nicolas Vauquelin devina que ce minerai de plomb brun-rouge devait contenir un élément inconnu jusqu'alors. À l'aide de carbonate de potassium et d'acide chlorhydrique, il réussit à obtenir de l'oxyde de chrome à partir du minerai, oxyde de chrome qu'il réduisit par la suite dans un four graphite pour produire un métal gris clair. Le mot chrome vient du grec « chroma » qui signifie couleur, et a été donné comme nom à cet élément du fait des nombreuses couleurs différentes de l'oxyde de chrome. L'une des couleurs les plus appréciées fabriquées à partir d'oxyde de chrome est le jaune chrome, couleur des bus scolaires en Amérique.

Le minéral le plus important pour la production industrielle de chrome est la chromite (FeCr2O4). Plus de la moitié de la demande de chromite dans le monde vient d'Afrique du sud. Les deux plus importants produits obtenus par le traitement de la chromite sont le ferrochrome et le chrome métallique. Le plus grand marché du ferrochrome est l'industrie de l'acier, qui utilise le chrome pour la fabrication d'aciers inoxydables.

Il existe différentes manière de préparer le minerai de chrome. Le niveau auquel la chromite (FeO.Cr2O3) est contaminée par d'autres minerais tels que les silicates de magnésium et les proportions de Cr2O3 et de FeO sont cruciales pour la détermination de la complexité du procédé. La teneur du concentré en oxyde de chrome doit être d'au moins de 50 % pour pouvoir être utilisé pour la production de chrome métallique.

Procédés de production couramment utilisés pour la fabrication commerciale du chrome pur :

Le chrome est le plus fréquemment produit par un procédé aluminothermique, basé sur le principe consistant à réduire l'oxyde de chrome avec de l'aluminium. Dans ce procédé, l'oxyde de chrome est mélangé à de la poudre d'aluminium, et le mélange subit ensuite une combustion. Le procédé de réduction continue ensuite de lui-même dans une réaction exothermique, sans qu'aucun apport d'énergie supplémentaire ne soit nécessaire. Selon la pureté de la poudre initiale, il est possible d'obtenir une teneur en chrome allant jusqu'à 99,8 %. Les impuretés principales sont constituées d'aluminium, de fer, de silicium et de soufre. La réaction exothermique impliquée dans la réduction de l'oxyde de chrome :

Lorsqu'un chrome exceptionnellement pur est demandé, on utilise le procédé électrolytique. Grâce à ce procédé, il est possible d'obtenir des niveaux de pureté allant jusqu'à 99,995 %. Ces niveaux de pureté sont obtenus en dissolvant le CrO3 Cr(VI) dans de l'acide sulfurique et en utilisant un procédé de dépôt galvanique pour obtenir des flocons de chrome. Cependant, ce procédé n'est pas utilisé dans tous les pays, du fait de son impact environnemental significatif.

Comment faisons-nous ? Avec la métallurgie des poudres !

Qu'est-ce donc que la métallurgie des poudres ? Il est bien connu que la plupart des métaux et alliages industriels d'aujourd'hui tels que les aciers, l'aluminium et le cuivre, sont produits par fusion et coulés dans un moule. La métallurgie des poudres, par contre, permet de se dispenser de l'opération de fusion, et les produits sont fabriqués par compression de poudres métalliques qui sont ensuite soumises à un traitement thermique (frittage) à une température inférieure à la température de fusion du matériau. Les trois paramètres les plus importants dans le domaine de la métallurgie des poudres sont la poudre métallique elle-même ainsi que les opérations de compression et de frittage. Nous sommes à même de contrôler et d'optimiser ces paramètres en interne.

Pourquoi recourons-nous à la métallurgie des poudres ? La métallurgie des poudres nous permet de produire des matériaux dont le point de fusion peut atteindre et même dépasser les 2 000 °C. Ce procédé est particulièrement bon marché même lorsque seules des quantités limitées sont produites. En outre, en utilisant des mélanges de poudres sur-mesure, nous pouvons produire tout une gamme de matériaux extrêmement homogènes bénéficiant de propriétés spécifiques.

La poudre de chrome est mélangée avec des éléments d'alliages puis mise dans des moules. Elle est ensuite pressée à des pressions extrêmement élevées. La pièce pressée résultante est alors une préforme appelée « green compact » est frittée dans des fours haute-température spécifiques. Au cours de ce procédé, la préforme acquiert sa densité et sa microstructure se forme. Les propriétés très spéciales de nos matériaux, comme leur excellente stabilité thermique, leur dureté ou leurs caractéristiques de flux, sont dues à l'utilisation de méthodes de mise en forme appropriées, par exemple le forgeage, le laminage ou l'emboutissage. C'est uniquement au prix d'un enchaînement parfait de ces étapes que nous pouvons respecter nos exigences de qualité élevée et fabriquer des produits de pureté et de qualité incomparables.

Oxyde
Réduction
Mélange
Alliage
Nous comprimons nos poudres métalliques et les mélanges de poudre à des pressions allant jusqu'à 2 t/cm ² (tonnes par centimètre carré) pour former une « préforme »  compacte. Lorsque des produits finaux avec des géométrie
Pressage
Frittage
Mise en forme
Traitement thermique
traitement
Traitement
mécanique /
collage
Qualité
qualité
Recyclage

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