Un alliage est une substance métallique constituée d’un mélange de plusieurs métaux ou, parfois, d’un métal avec un autre élément tel que le carbone. Les alliages existent depuis environ neuf millénaires, mais comme la plupart des autres domaines de la science et de la technologie, l’essentiel des progrès de la technologie des alliages a eu lieu au cours des dernières décennies. Dans un alliage, les éléments constitutifs ne sont pas destinés à se combiner en molécules plus grosses par des réactions chimiques, mais sont simplement mélangés ensemble. Lorsqu’il existe des rapports différents entre deux métaux ou plus, les alliages produits ont des propriétés légèrement différentes.
Le premier métal extrait du minerai était le cuivre. Peu de temps après, il a été combiné avec de l’étain pour créer le bronze plus fort, qui a dominé la technologie humaine pendant des milliers d’années. Cette période est maintenant appelée l’âge du bronze.
D’autres métaux mélangés avec du cuivre pour former des variantes plus grossières du bronze étaient le manganèse, l’aluminium, le silicium et le phosphore. Co-existant pendant de nombreuses années avec le bronze était le fer plus faible, qui se décompose rapidement en rouille. Finalement, les forces historiques ont amené le fer à supplanter le bronze dans les outils humains, inaugurant l’âge du fer vers 1000 avant notre ère, bien que cette date varie en fonction de la civilisation et de la région considérées.
L’acier est un autre des alliages familiers. L’acier est du fer associé à une petite (~2%) quantité de carbone, ce qui fait toute la différence en termes de solidité et de résistance à l’oxydation. Bien qu’il existe des preuves que l’acier remonte à des milliers d’années, il n’a pas été produit en série avant 1855. La clé de la puissance de l’acier est la façon dont le carbone perturbe l’arrangement cristallin par ailleurs régulier du fer, rendant les couches de cristal susceptibles de glisser au-delà d’une un autre.
Le laiton, métal décoratif utilisé pour fabriquer de nombreux instruments de musique, est le nom donné à une collection d’alliages cuivre/zinc. Les cymbales utilisées en percussion sont un alliage de cuivre et d’étain, comme le bronze. L’or et l’argent utilisés dans les bijoux ne sont pas de l’or ou de l’argent pur, mais sont généralement des alliages contenant un faible pourcentage de cuivre ou d’autres métaux. La soudure utilisée en électronique est composée de plomb et d’étain. Le processus d’extraction du fer du minerai donne naissance à des alliages contenant des quantités variables de carbone, notamment du fer forgé, de la fonte brute et de la fonte. L’acier inoxydable, utilisé dans la construction de gratte-ciel, de couverts et d’autres objets, contient du chrome, ce qui le rend très résistant à l’oxydation.
Lorsque les alliages sont mélangés à des températures différentes, il en résulte des propriétés différentes – à des températures plus élevées, les métaux sont mélangés plus finement, tandis qu’à des températures plus basses, ils sont plus hétérogènes. Les alliages ne fondent généralement pas d’un seul coup lorsqu’ils sont exposés à la chaleur, mais forment plutôt une soupe remplie de morceaux de métal qui ont un point de fusion plus élevé.