Le magnésium

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Description détaillée

Comme l'aluminium, le magnésium ne se trouve pas dans la nature à l'état de métal pur, mais doit être extrait à partir de composés.
Le magnésium est produit à partir de deux méthodes :

• Par production thermique, procédé très énergivore utilisé par la Chine, premier producteur mondial. La réaction de réduction se fait à 1200 °C, le magnésium se vaporise et est récolté avec une pureté de l'ordre de 99,95 %.
• Par électrolyse d'eau de mer, de saumures ou de minéraux contenant du magnésium, ce qui fait que les ressources sont quasiment inépuisables. Cependant, pour l'extraction, ce n'est pas l'oxyde qu'on utilise, mais un sel de magnésium industriel que l'on appelle chlorure de magnésium.

Voici un exemple de transformation de chlorure de magnésium en magnésium « métal » :

(Source Volkswagen)

Le magnésium était déjà utilisé industriellement dans la construction des moteurs, mais il a subi une forte augmentation de son prix par rapport à l'aluminium au fil des années. L'abandon des moteurs à refroidissement à air a également fait perdre du terrain à la technologie du magnésium.
Cependant, la pression exercée sur les constructeurs pour réduire la consommation de carburant et l'extrême légèreté du magnésium entraînent à l'heure actuelle une renaissance de l'utilisation de ce matériau.
Les alliages de magnésium offrent un potentiel intéressant grâce à leurs multiples propriétés :

• Légèreté (densité 1,7 contre 7,6 pour l'acier, 2,7 pour l'aluminium et 2,5 pour le verre).
• Possibilité de réaliser des pièces complexes (intégration de fonction) avec zones fines (bonne coulabilité).
• Caractéristiques mécaniques spécifiques intéressantes (ramené à la masse volumique).
• Cadences de production supérieures de 20 % à celles de l'aluminium.
• Bonne capacité d'amortissement.
• Bonne tenue à chaud (fluage).
• Bonne usinabilité (puissance de coupe nécessaire de 1,8 pour l'aluminium contre 1 pour le magnésium).

Le magnésium pose, cependant, deux problèmes majeures :

• La forte tendance à l'oxydation des pièces nécessite une protection anodique, un traitement de conversion chimique permettant de donner une protection anticorrosion et une peinture pour les protéger. De plus, les phénomènes de corrosion galvanique lors de l'assemblage de pièces en magnésium avec d'autres métaux (tôle en acier, aluminium…) nécessitent de déployer des solutions spécifiques (enduit d'isolation, collage, vis lisse pour éviter un perçage…).
• Le recyclage est plus complexe (protection, nettoyage, risque de perte des caractéristiques mécaniques…) que celui des alliages d'aluminium et n'est quasiment pas pratiqué en interne par les fondeurs.

Le magnésium possède également une très faible ductilité ce qui signifie qu'il se brise lors de l'étirement. De plus et contrairement aux autres matériaux, sa résistance mécanique augmente avec la chaleur.

Mise en forme des pièces de magnésium
Dans la construction automobile, la fonderie sous pression est clairement le procédé leader (> 90 %) pour la transformation des alliages de magnésium. Ce procédé est particulièrement bien adapté à la fabrication de formes des pièces de mécanique et même de carrosserie automobile.
Le magnésium extrait est mélangé, tout comme l'aluminium, à des éléments d'alliage qui améliorent considérablement ses propriétés de moulage. On utilise des alliages standards (AZ91, AM50 et AM60).
Ensuite l'alliage de magnésium en fusion est injecté à forte pression et grande vitesse dans un moule permanent appelé coquille. La pièce moulée refroidit dans le moule, puis est éjectée après ouverture du moule qui sera réutilisé pour mouler d'autres pièces. Après l'opération de moulage, les pièces sont débarrassées de l'attaque de coulée et des bavures.

(Source Volkswagen)

Applications pour l'automobile
Les avantages liés à l'utilisation de composants en magnésium dans les véhicules actuels sont probants. En effet, plus léger que l'acier et que l'aluminium, le magnésium permet une intégration des composants et des éléments et procure une stabilité dimensionnelle élevée ce qui améliore les finitions.
Les pièces automobiles qui ont fait l'objet d'applications du magnésium sont essentiellement des pièces dites « non visibles », les supports de colonne de direction, les armatures de volant, les couvre-culasse, les corps de boîte de vitesses (AZ91D), les tableaux de bord, les armatures de sièges, les carters et collecteurs d'admission, les jantes (AZ91D, AM60B) et plus généralement des pièces diverses à l'intérieur de l'habitacle. Seul l'armature de volant en magnésium AM50 est devenue incontournable en remplacement du surmoulage aluminium d'un insert en tubes d'acier.

Pour les pièces de carrosserie, le magnésium est présent sur les doublures d'ouvrants. Sur un hayon arrière, par exemple, il a été possible de réunir en une seule pièce la tôle intérieure et les renforts nécessaires à la fixation de la serrure, de l'amortisseur pneumatique et aux fixations du moteur d'essuie-glace. Ces différentes pièces sont moulées en une seule opération. Pour fixer les pièces boulonnées, on utilise des écrous noyés en aluminium très résistants.
Le renfort de serrure constitue une exception : cette pièce est restée en aluminium pour des raisons de technique de moulage.

Le constructeur allemand Audi persévère dans l'utilisation de ce matériau comme sur le berceau moteur de la R8 ou la barre anti rapprochement sur la A8.

À chaque fois qu'il a besoin de rigidité, tout en évitant de rajouter trop de poids…

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Méthodes et pratiques

Un élément en magnésium ne nécessite pas d'entretien ou de réparation sans qu'il ne soit endommagée par un accident de la route. C'est ce que l'on appelle la réparation-collision.
Les éléments mécaniques ne se réparent pas, ils doivent systématiquement être remplacé. En carrosserie, pour le moment, nous avons des éléments qui sont qu'en partie constitués de magnésium (intérieur de hayon arrière, cadre de porte, …). Fortement endommagés, ces éléments seront également remplacés. Dans l'absolu, les dommages plus légers peuvent être réparés avec les mêmes techniques que pour l'aluminium, même si en règle générale, la réparation d'une doublure endommagée d'un élément de carrosserie est extrêmement limitée par l'accès.
Le soudage du magnésium est possible. Malgré tout, il s'oxyde très rapidement lorsqu'il atteint son point de fusion et lorsque des petites rognures ou bavures sont chauffées au point de fusion, elles se consument spontanément et laissent des cendres blanches.

Le procédé TIG est très certainement le procédé de soudage le plus adapté, même si le procédé MIG est utilisable. Un courant alternatif est indispensable en TIG avec un arc très court pour limiter les absorptions d'hydrogène. Le gaz de protection sera de l'argon pur de préférence et le métal d'apport sera adapté à la nuance précise de la pièce à souder. Il est difficile de donner des paramètres de réglage sans avoir réalisé d'essai pratique, toutefois il est recommandé d'utiliser une vitesse de soudage relativement rapide.

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Impact sur les compétences en atelier

• Connaître le matériau magnésium (propriétés, caractéristiques,…).
• Savoir utiliser des outils actifs/passifs sur le magnésium.
• Savoir utiliser les techniques de soudage TIG et MIG.
• Savoir remplacer un amovible en magnésium.
• Savoir effectuer les traitements de surface sur magnésium (ponçage, recharge de matière, impression époxy,…).
   

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Exemple d’outillage approprié

Poste à souder TIG, courant alternatif pulsé, équipé de gaz Argon pur et baguette de soudure Mg.