Fiche de révision : Technologie des métaux et alliages

📋 Plan du Cours

1. Notions et propriétés des corps
2. États de la matière et titres
3. Platine et métaux associés
4. Or et alliages d’or
5. Argent et vermeil
6. Cuivre et alliages cuivreux
7. Cadmium et alliages
8. Nickel, zinc et étain
9. Essais et soudure des métaux
10. Propriétés du mercure et du plomb
11. Acides et traitements métalliques
12. Métiers de fabrication et décoration

📖 1. Notions et propriétés des corps

🔑 Notions clés & Définitions

• Technologie : Étude des techniques, des matériaux, des outils et des machines.
• Densité : Rapport entre la masse d’un volume d’un corps et celle du même volume d’eau, ou d’air pour les gaz.
• Alliage : Un alliage est un mélange de deux ou plusieurs métaux obtenu par fusion de ses composants.
• Malléabilité : Propriété d’un corps qui peut s’étendre en feuilles sous l’action du marteau ou d’un laminoir.
• Dureté : La dureté est la résistance d’un corps à l’entame et à la pénétration ; elle s’exprime en kg/mm², avec l’échelle de Mohs pour les pierres et celle de Vickers pour les métaux.
• Ductilité : Propriété d’un corps qui peut être étiré sans se rompre.
• Conductibilité : Propriété d’un corps qui transmet la chaleur et l’électricité.
• Fusibilité : Propriété d’un corps qui peut fondre sous l’effet de la chaleur, en passant de l’état solide à l’état liquide.
• Ténacité : Résistance d’un corps à la rupture sous une charge d’étirement et s’exprime par mm².
• Physique : La physique est l’étude des propriétés générales des corps, c’est-à-dire des caractères naturels étudiés par la logique.
• Chimie : La chimie est l’étude de la matière constituant les corps, indépendamment de leur volume, de leur masse et de leur mouvement.

📝 Points essentiels

• L’or peut être laminé jusqu’à une épaisseur de 1 micron et l’argent jusqu’à 2 microns.

• Un gramme d’or peut former un fil de 2,660 km de long et de 5 microns de diamètre.

📖 2. États de la matière et titres

🔑 Notions clés & Définitions

• Changement d’état : Un changement d’état est la modification de l’état d’une substance vers un autre état sous l’action d’un phénomène extérieur.
• Titre d’un alliage : Le titre d’un alliage est la proportion de métal précieux fin et majoritaire contenue dans mille grammes de mélange ; il s’exprime en millièmes.
• État solide : L’état solide est l’aspect d’une substance qui possède une forme propre et un volume propre.
• État liquide : L’état liquide est l’aspect d’une substance qui possède un volume propre, se rassemble au fond de son réceptacle et présente une surface plane et horizontale.
• État gazeux : L’état gazeux est l’aspect d’une substance sans volume propre, qui se répand dans tout l’espace libre disponible.

📝 Points essentiels

• Un carat représente 41,66/1000, soit un vingt-quatrième de kilogramme.

📖 3. Platine et métaux associés

★ À maîtriser

📌 Les métaux précieux sont inaltérables à l’air, à l’eau et au feu, sont des corps purs et se trouvent à l’état natif, non combinés avec d’autres métaux, sauf le platine.

• Le platine fin est blanc-gris, de densité 21,4, de dureté, ductilité et malléabilité bonnes, de ténacité 3,3 kg/mm², de point de fusion 1772 °C et de conductibilités thermique et électrique mauvaises.

• Le platine fin est inattaquable, mais l’eau régale chaude le dissout ; le plomb, l’étain, le soufre et le cyanure de potassium l’attaquent, tandis que le mercure n’a aucune action sur lui.

• L’alliage dit platine bijoutier contient 950/1000 de platine et 50/1000 de cuivre, et sa densité est de 20,5.

Compléments

• Les principaux pays producteurs de platine cités sont :

  • l’ex-U.R.S.S.
  • l’Afrique du Sud
  • le Canada

• Le platine ne se trouve jamais à l’état pur, mais allié à d’autres métaux de la mine du platine.

• Les titres officiels du platine en France sont 950/1000, 900/1000 et 850/1000.

• Les cinq métaux de la mine du platine sont :

  • le palladium
  • l’iridium
  • l’osmium
  • le rhodium
  • le ruthénium

• Les métaux de la mine du platine les plus couramment utilisés en bijouterie sont :

  • le palladium
  • le rhodium
  • l’iridium

• L’iridium, à raison de 100/1000, est allié au platine fin pour obtenir un alliage rigide utilisé notamment pour les queues de broche, les ressorts et les tirettes d’armement.

• Le palladium est allié à l’or pour confectionner de l’or gris palladié, plus mou.

• Le rhodium est utilisé en dépôt électrolytique, dans un bain de rhodiage, pour protéger et blanchir l’or gris, l’argent, le laiton et le maillechort.

• Le poinçon de garantie du platine représente une tête de chien de profil droit.

📖 4. Or et alliages d’or

★ À maîtriser

• L’or fin est jaune foncé, de densité 19,3, de point de fusion 1064 °C et de ténacité 18,8 kg/mm² ; sa dureté est faible, sa ductilité et sa malléabilité sont les plus élevées parmi les métaux, et sa conductibilité est excellente.

• L’or fin est inaltérable à l’air, à l’eau, au feu et aux acides à basse température ; le brome liquide, une solution de brome et d’éther, le cyanure, ainsi que le mercure et le plomb à très haute température peuvent le dissoudre.

• L’or jaune 750/1000 contient 750/1000 d’or, 125/1000 d’argent et 125/1000 de cuivre.

• Les titres officiels de l’or en France sont 917/1000 (22 carats), 833/1000 (20 carats) et 750/1000 (18 carats).

📌 En France, les alliages d’or titrant moins de 750/1000 n’ont pas droit à l’appellation commerciale « or » ; les alliages à 14 carats titrent 585/1000 et ceux à 9 carats 375/1000.

Compléments

• Dans les gisements, l’or se présente sous les formes suivantes :

  • cristaux
  • poudre
  • paillettes
  • pépites
  • combinaison chimique
  • dissolution

• L’eau régale attaque l’or et les vapeurs de brome l’attaquent superficiellement ; le chlore agit en présence d’humidité et son action augmente avec la chaleur.

• L’or rose 750/1000 contient 750/1000 d’or, 60/1000 d’argent et 190/1000 de cuivre.

• L’or rouge 750/1000 contient 750/1000 d’or et 250/1000 de cuivre.

• L’or vert 750/1000 contient 750/1000 d’or et 250/1000 d’argent.

• L’or bleu 750/1000 contient 750/1000 d’or et 250/1000 d’un alliage à base de fer.

• L’or gris 750/1000 contient 750/1000 d’or, 35/1000 de cuivre, 50/1000 de zinc et 165/1000 de nickel.

• L’or gris palladié 750/1000 contient 750/1000 d’or, 60/1000 d’argent et 190/1000 de palladium.

• Le poinçon de garantie d’État de l’or est une tête d’aigle de profil droit pour les petits ouvrages ou les essais au touchau ; pour les gros ouvrages ou les essais par coupellation, il est entouré d’un chiffre 1, 2 ou 3.

• L’or à 20 carats correspond à 833/1000, l’or à 22 carats à 916/1000 et l’or à 24 carats à 1000/1000.

• Les deux poinçons légaux de garantie publique de l’or à 14 carats sont une coquille Saint-Jacques et le nombre 585 inscrit dans une forme ovalisée.

📖 5. Argent et vermeil

🔑 Notions clés & Définitions

• Vermeil : Le vermeil est de l’argent au titre plaqué d’or, avec une épaisseur minimale de 3 microns en bijouterie et de 5 microns en orfèvrerie, l’or étant titré au minimum à 500/1000.

★ À maîtriser

• L’argent fin est blanc, de densité 10,5, de faible dureté, de point de fusion 962 °C, le plus conductible et possède une excellente malléabilité et ductilité, juste après l’or.

• L’alliage d’argent au premier titre contient 925/1000 d’argent et 75/1000 de cuivre ; celui au deuxième titre contient 800/1000 d’argent et 200/1000 de cuivre ou de cadmium.

Compléments

• Les principaux pays producteurs d’argent cités sont :

  • les États-Unis
  • le Canada
  • le Mexique

• L’air n’attaque pas l’argent fin ; le soufre l’attaque à chaud, l’acide chlorhydrique au contact de l’eau et l’acide sulfurique à l’air humide, où il le noircit.

• Le chlorure de sodium précipite l’argent en produisant du chlorure d’argent, et l’acide nitrique le dissout à froid.

• L’acide sulfurique n’attaque l’argent que s’il est concentré et bouillant.

• Les titres officiels de l’argent en France sont 925/1000 au premier titre et 800/1000 au deuxième titre.

• Le poinçon de garantie d’État de l’argent en France représente une tête de Minerve de profil droit.

📖 6. Cuivre et alliages cuivreux

★ À maîtriser

• Le cuivre fin est rouge rosé, de densité 8,96, de faible dureté, de point de fusion 1084 °C, de bonne ductilité et malléabilité et de très bonnes conductibilités électrique et thermique.

• Les trois alliages à cuivre dominant sont :

  • le laiton (cuivre et zinc)
  • le maillechort (cuivre, zinc et nickel)
  • le bronze (cuivre et étain)

Compléments

• Le cuivre est dissous par l’acide nitrique et par l’acide sulfurique concentré à chaud.

• Le maillechort est utilisé pour fabriquer des prototypes de bijoux par fonte à cire perdue et des gabarits de forme ; le laiton sert aux ouvrages fondus ou estampés destinés à être argentés, dorés ou plaqués.

• Les alliages de métaux précieux cités à fort pourcentage de cuivre sont :

  • les ors rouges et roses 750/1000
  • l’argent aux premier et deuxième titres
  • le platine bijoutier

📖 7. Cadmium et alliages

★ À maîtriser

• En proportion notable dans certains alliages d’or, le cadmium modifie peu leur couleur et abaisse rapidement leur point de fusion tout en restant proche du titre ; il est utilisé pour les soudures de teintes roses et rouges.

• Dans un alliage d’argent, le cadmium augmente le point de fusion par rapport à celui de l’alliage argent-cuivre.

📌 À 800/1000, l’alliage argent-cadmium a un point de fusion plus élevé que l’ancien alliage argent-cuivre, garde sa cohésion jusqu’à la fusion sans devenir pâteux et permet de souder automatiquement des chaînes mécaniques, contrairement à l’alliage argent-cuivre.

Compléments

• Le cadmium fin a une densité de 8,6 et un point de fusion de 321 °C.

• Le cadmium est dissous par l’acide sulfurique dilué et l’acide chlorhydrique.

📖 8. Nickel, zinc et étain

★ À maîtriser

• Le nickel entre dans la composition du maillechort, du cupronickel et des alliages d’or gris ; ses dépôts électrolytiques exploitent sa résistance chimique et mécanique et son pouvoir nivelant, mais son usage galvanique est interdit par les lois européennes.

• La dissolution du zinc par l’acide chlorhydrique produit du chlorure de zinc, appelé eau à souder ; le zinc entre aussi dans la composition du maillechort, du laiton et des soudures d’or et d’argent.

• Pour réparer un bijou muni d’une soudure d’étain, il faut dissoudre l’étain et repérer les soudures appropriées au support.

Compléments

• Le nickel fin a une densité de 8,9 et un point de fusion de 1453 °C.

• En sous-couche de galvanoplastie, le nickel nivelle et masque les aspérités, mais cet usage est désormais interdit.

• Le nickel est dissous par l’acide nitrique et l’eau régale froide.

• Le zinc a une densité de 7,14 et un point de fusion de 419 °C.

• Le zinc est attaqué par l’acide nitrique et, plus lentement, par les acides chlorhydrique et sulfurique.

• L’étain a une densité de 7,2 et un point de fusion de 232 °C.

• L’étain est attaqué par l’acide sulfurique pur à chaud, l’acide nitrique pur ou dilué et, beaucoup plus lentement, l’acide chlorhydrique.

• L’étain entre dans la composition des bronzes et constitue le principal composant des alliages à bas point de fusion.

📖 9. Essais et soudure des métaux

★ À maîtriser

• Pour distinguer l’or gris du platine sans pierre de touche, on chauffe les deux morceaux : celui qui redevient blanc sans l’aide du décapé est du platine.

• L’aluminium a une densité de 2,7 et un point de fusion de 658 °C.

Compléments

• Le zinc se soude avec une soudure à l’étain et un flux constitué d’eau à souder, c’est-à-dire du chlorure de zinc obtenu par action de l’acide chlorhydrique sur le zinc.

• L’acide chlorhydrique dissout l’aluminium.

💡 Astuce mémo

Le platine blanchit à la chauffe sans décapé ; l’or gris ne le fait pas.

📖 10. Propriétés du mercure et du plomb

🔑 Notions clés & Définitions

• Amalgame : Alliage contenant du mercure.
• Litharge : Oxyde de plomb ordinaire utilisé pour l’analyse et les essais par coupellation des métaux précieux.

★ À maîtriser

• Le mercure est le seul métal liquide à température ambiante et se solidifie à −39 °C.

• L’acide nitrique et l’eau régale dissolvent le mercure, tandis que l’acide chlorhydrique et l’acide sulfurique dilué n’agissent pas sur lui.

• Un bijou d’or mercurisé se traite soit par ébullition pendant environ une minute dans un bain d’acide nitrique dilué de son volume d’eau, soit par chauffage entre 400 et 500 °C avant le rouge, ce qui volatilise le mercure.

Compléments

• Le mercure a une densité de 13,5.

• Le mercure n’a aucune action sur le platine.

• Le mercure dissout l’or à froid et attaque l’argent à chaud comme à froid.

• Pour extraire l’or de certains minerais avec le mercure, on broie le minerai, on le lave, on le mélange au mercure pour former un amalgame, puis on distille ou chauffe le mélange afin d’évaporer le mercure.

• Le plomb a une densité de 11,4 et un point de fusion de 327 °C.

• L’acide sulfurique pur à chaud et l’acide nitrique dilué à 50 % d’eau dissolvent le plomb.

• Sous l’action de la chaleur, le plomb attaque :

  • l’or
  • l’argent
  • le platine

💡 Astuce mémo

Le mercure est liquide à température ambiante ; le plomb est un métal solide.

📖 11. Acides et traitements métalliques

★ À maîtriser

• Les acides sont effervescents sur les bases comme la craie, ont une saveur piquante et attaquent les métaux.

• L’acide nitrique est utilisé pour : la composition de l’eau régale, le rongé du creux, la gravure à l’eau-forte sur cuivre, la dissolution du cuivre, de l’argent, du nickel, du zinc et du plomb, les essais par coupellation, le nettoyage des limailles d’or et de platine

• L’acide sulfurique est utilisé pour : la composition du déroché, la dissolution du cadmium, la dissolution du palladium, la dissolution du fer, la dissolution de l’étain, la dissolution du zinc, la dissolution de certains oxydes métalliques, du cuivre et du bronze

• L’eau régale se compose de $3$ volumes d’acide chlorhydrique pour $1$ volume d’acide nitrique.

• Le déroché se compose de $1$ volume d’acide sulfurique pour $9$ volumes d’eau.

📌 Pour préparer un bain de déroché, il faut toujours verser l’acide dans l’eau à température ambiante, jamais l’eau dans l’acide ni l’acide sulfurique dans l’eau chaude, afin d’éviter les projections dues au bouillonnement.

• L’acide fluorhydrique provoque de graves brûlures qui cicatrisent très difficilement et ses vapeurs très toxiques peuvent blanchir la cornée.

• En cas de brûlure par un acide, il faut laver à grande eau sans placer la blessure directement sous le jet du robinet, rincer abondamment les yeux avec de l’eau seule, sans ajout de bicarbonate de soude, et consulter rapidement un médecin.

Compléments

• L’acide nitrique est aussi appelé acide azotique.

• L’acide sulfurique est aussi appelé vitriol.

• L’acide chlorhydrique est aussi appelé acide muriatique.

• L’acide chlorhydrique est utilisé pour : la composition de l’eau régale, la confection de l’eau à souder (chlorure de zinc), ôter les soudures à l’étain sur des pièces en or

• L’acide nitrique dissout un noyau de cuivre placé à l’intérieur d’une charnière en or.

• L’acide sulfurique sert à longer un fragment d’outil en acier cassé dans une pièce en or ou en platine.

• Le déroché dissout le borax et les oxydes métalliques et nettoie la pièce qui vient d’être soudée.

• Les récipients à déroché peuvent être fabriqués en :

  • plomb
  • porcelaine
  • verre de type Pyrex

📖 12. Métiers de fabrication et décoration

🔑 Notions clés & Définitions

• Graveur : Le graveur incise, creuse ou entaille le métal au burin ou à l’échoppe pour produire un sillon superficiel plus ou moins profond ; les spécialités citées sont le graveur acier, le graveur taille-douce et le graveur héraldique.
• Ciseleur : Le ciseleur réalise un motif décoratif avec des ciselets, des marteaux spécifiques et une demi-boule creuse en fonte remplie de ciment pour tenir la pièce ; la technique d’embouti-contre-embouti fait ressortir le motif sans retirer de métal.
• Sertisseur : Le sertisseur fixe les pierres aux emplacements ou dans les sertissures préparés par le bijoutier-joaillier, en reprenant le travail du joaillier et celui du diamantaire ou du lapidaire.
• Diamantaire : Le diamantaire taille et vend uniquement le diamant, qui exige des outils spécifiques, ou se consacre au négoce du diamant.
• Lapidaire : Le lapidaire taille et vend toutes les pierres de couleur sauf le diamant, sur des meules enduites de poudres et de matières abrasives, ou se consacre au négoce des pierres de couleur et des pierres fines.
• Fondeur à cire perdue : Le fondeur à cire perdue transforme une maquette en cire en produit métallique et moule le prototype métallique pour le reproduire autant de fois que désiré.
• Reperceuse : Ajourait le métal à la scie à repercer en suivant un tracé établi par le graveur ou le bijoutier-joaillier, et réalisait aussi les travaux de mise à jour ; ce métier a disparu vers les années 1950-1960 avec la généralisation de la fonte à cire perdue.
• Guillocheur : Le guillocheur grave mécaniquement et de façon systématique des sillons sur une surface plane ou peu bombée, créant un décor de lignes parallèles ou entrecroisées, courbes ou droites, mates ou brillantes.
• Émailleur : L’émailleur colore une pièce en faisant fondre au four, dans des zones réservées, un mélange de matière siliceuse (verre) et d’oxydes métalliques, ces derniers donnant chacun une couleur particulière.
• Polisseuse : La polisseuse donne au bijou une finition brillante, mate ou sablée ; elle intervient pour le poli avant le sertissage puis pour la reprise du poli après le contrôle et le sertissage.
• Apprêteur : L’apprêteur confectionne ou revend des apprêts, notamment des fermoirs, divers systèmes de fermeture, des chaînons métalliques, des produits semi-finis, des soudures, ainsi que des plaques et des fils de diverses formes et épaisseurs.
• Orfèvre : L’orfèvre confectionne des couverts, des plats, des pièces en étain et des services de table à partir de plané, avec des bigornes et des marteaux.
• Gemmologiste : Le gemmologiste, ou gemmologue, étudie et identifie les pierres précieuses et les pierres fines de qualité gemme ainsi que leurs imitations.
• Glypticien : Le glypticien grave des intailles et sculpte des camées sur des pierres précieuses, fines et ornementales.
• Enfileuse : L’enfileuse confectionne des colliers et des bracelets de perles.

📝 Points essentiels

• Le fondeur à bas point de fusion réalise un moule en plusieurs pièces à partir d’une maquette métallique en utilisant du silicone vulcanisé à chaud, puis injecte le métal à bas point de fusion dans le moule.