Mémoire Online: Contribution a l’analyse thermodynamique de la précipitation dans l’alliage cu ni si

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GENERALITES ET CONSIDERATIONS THEORIQUES SUR LES PHENOMENES DE PRECIPITATIONS, LEURS ASPECTS THERMODYNAMIQUE ET CINETIQUE

Les phénomènes de précipitations continue et discontinue
Notions de solution solide et de transformation de phases

Parmi l’ensemble des substances solides que l’on rencontre dans la vie quotidienne, il en est certaines dont chacun reconnaît le caractère métallique, et que l’on appelle d’ailleurs métaux. Les métaux sont des matériaux constitués à l’échelle atomique d’éléments métalliques. Ils présentent relativement peu d’intérêt lorsqu’ils sont utilisés à l’état pur. La plupart de ces matériaux sont donc renforcés par des éléments d’addition ou éléments d’alliage, le plus souvent métalliques, on parle alors d’alliages métalliques et parfois non métalliques (cas du carbone dans le fer pour donner l’acier et les fontes). Généralement, ces alliages sont des solutions solides.

Solution solide

On obtient une solution solide AB si on ajoute à un métal pur A des atomes étrangers B sans que la structure cristalline du métal de base A ne soit modifiée, bien que la composition globale soit différente de celle de départ. Dans ce cas l’élément A appelé le solvant et B le soluté. Dans certains cas, l’addition d’atomes B au métal A est possible sans limitation (miscibilité complète), la solution solide est dite illimitée. Alors que dans la plupart des cas, il existe une concentration limite c au-delà de laquelle la structure cristalline de A est modifiée (miscibilité partielle) la solution solide est dite limitée. Dans l’intervalle de concentration allant de A pur à l’alliage AB de concentration C B, il existe une solution solide dite terminale, car elle apparait aux extrémités du diagramme d’équilibre. Exemple laiton α.
Au-delà de C B, B A et B peuvent encore former une solution solide ayant une structure cristalline différente de celle de A pur dite intermédiaire. On observe aussi des solutions de A et B dont l’existence n’est possible que sur un domaine de concentration limité (quelques % ou moins) ou très limité : on dit alors que A et B forment un composé intermédiaire, caractérisé généralement par une « formule moléculaire » A [10].

Limite de solubilité

Tous les métaux et composés présentent une certaine solubilité à l’état solide. Mais jusqu’à quel point ? Peu de métaux sont miscibles en toute proportion. Afin de déterminer la solubilité d’un composant métallique dans un autre, Hume-Rothery a précisé les facteurs favorables à cette solubilité par des règles semi-empiriques dites règles de Hume-Rothery.
Chaque facteur apparaît comme une condition nécessaire mais non suffisante.
Règle des 15% : si les rayons atomiques des éléments A et de B diffèrent de plus de 15 %, la solubilité mutuelle de B dans A est limitée. Lorsqu’ils diffèrent de moin de15%, d’autres facteurs peuvent limiter la miscibilité des deux éléments. Ainsi le nickel et le cobalt sont miscibles en toutes proportions dans le fer γ, leurs diamètres atomiques sont très voisins. Mais le soufre, qui a le même rayon atomique que le fer, n’est pas miscible en toutes proportions dans ce dernier.
Règle de polarisation : plus les éléments A et B ont des électronégativités différentes, ils auront une forte tendance à former des phases intermédiaires stables, ce qui réduit leur solubilité réciproque. Par exemple l’argent et l’aluminium ont des rayons atomiques voisins mais forment trois phases intermédiaires.

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Contribution a l’analyse thermodynamique de la précipitation dans l’alliage cu ni si (8.57 MB) (Rapport PDF)
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