MÉLANGES BINAIRES LIQUIDE - SOLIDE

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1 MÉLANGES BNARES LQUDE - SOLDE DÉFNON Mélange constitué de deux composés A et B, pouvant chacun subir un changement d'état liquide = solide. MSCBLÉ OALE A L'ÉA SOLDE - MÉLANGE QUAS-DÉAL Supposons que fus * B > fus * A. P fixée * B ε échauffement rapide du liquide S γ S γ γ L β β L échauffement global lent et fusion α échauffement rapide du solide x sol A X A x liq 1 A * A x sol A x liq A X A temps Evolution, lors de l'échauffement isobare, de la phase solide : Evolution, lors de l'échauffement isobare, de la phase liquide : Courbe "liquidus" : jouxte la phase liquide, ensemble des points de "fin de fusion" Courbe "solidus" : jouxte la phase solidus, ensemble de points de "début de fusion" On constate que le changement d'état ne se fait ni à température constante ni à composition constante (contrairement au corps pur). La fusion étant endothermique, l'échauffement isobare est moins rapide. Exemples : Ag - Au Cu - Ni Sn - Bi En métallurgie, on parle d'alliages. Noter la "proximité" des métaux dans le tableau périodique. 1

2 ANALYSE HERMQUE E CONSRUCON x A =,7 x A = 1 L = S t 1 HÉORÈME DES MOMENS CHMQUES * B P fixée S M x sol A X A x liq 1 A L étude * A x sol A x liq A X A Soit un système biphasique de composition globale X A, étudié à étude. l est représenté par le point M. La phase liquide est représentée par le point L d'abscisse x liq A et la phase solide par le point S d'abscisse x sol A. Alors : n n liq sol MS = LM tot liq sol l suffit de connaître n = n + n pour résoudre le système à deux inconnues. Attention : le diagramme isobare est SOUVEN gradué en fraction massique! l faut "adapter" le théorème des moments chimiques : m m liq sol MS tot liq sol = et LM m = m + m Exemple : 1kg d'alliage solide précédent (A + B) de titre massique ω A =,6 est porté à une température supérieure à sa température de début de fusion. l apparaît deux phases telles que : phase solide : ω sol A =,5 phase liquide : ω liq A =,8. Calculer m sol A. Principe : on calcule m sol et avec ω sol A on obtient m sol A. 2

3 MSCBLÉ OALE A L'ÉA SOLDE - MÉLANGE NON-DÉAL l apparaît un point indifférent n (analogie avec point Z). C'est SOUVEN un minimum. fus *(1) - P = 1 atm Exemples : Cu - Au As - Sb LiCl - NaCl MgBr 2 - Mg 2 Liq Liq + Sol - fus *(2) Nbre de domaine phases = φ 1 Nature des phases Composition Variance n k r v V + 2 Sol n () V 1 C = 2 Point n 2,1,5 x() 1 x 2 Un mélange indifférent se comporte comme un corps pur : C = 1. P = Cte * 1 ε Phase liquide ε' refroidissement rapide du liquide L refroidissement global lent et solidification exothermique γ S γ β β L γ L liquidus * 2 α S + L (Z) solidification isobare zérovariante Z Solidus X 2 refroidissement rapide du solide temps 1 = Cu (* = 184 C) (Z) = 884 C 2 = Au (* = 164 C) X(Z) =,56 3

4 A E B OALEMEN NON MSCBLES EN PHASE SOLDE : EUECQUE fus *(1) (1*) sol + Liq (2*) sol + Liq E (1*) solide pur + (2*) solide pur X(E) 1 Courbe fus *(2) liquidus (E) X(2) Palier eutectique Courbe solidus 1 Naphtalène 8 C 2 Phénol 41 C (E) 3 C X(E),8 1 Or 2 hallium (E) 131C X(E),73 ANALYSE HERMQUE α' α a a' fus *(1) (1*) sol + Liq E γ L β γ (2*) sol + Liq fus *(2) β S γ S b d d F e' F e' ε' X(E) 1 ε X(2) temps De α β : Refroidissement isobare de la phase liquide En β : Apparition d un grain de A 2 pur (rupture de pente en b) De β + : Refroidissement isobare global LEN du système biphasique et cristallisation EXOHERMQUE du solide A 2 Composition du liquide : β E Composition du solide : A 2 pur En : Apparition d un grain de cristal de A 1 pur (palier zérovariant) puis COCRSALLSAON des solides au détriment du liquide Composition du liquide : E Composition du 1 er solide : A 2 pur Composition du 2 ème solide : A 1 pur De ε : Refroidissement de solides purs A 1 et A 2 De α E : Refroidissement isobare de la phase liquide En E : Apparition d un grain de A 2 pur et d un grain de A 1 pur puis COCRSALLSAON des solides au détriment du liquide Palier zérovariant plus long car il faut cristalliser la OALE de la matière liquide. De E ε : Refroidissement de solides purs A 1 et A 2 4

5 CONSRUCON Si on a la composition de l eutectique : on repère les ruptures de pente des courbes d'analyse thermique ainsi que les paliers zérovariants (corps purs = maxima relatifs et eutectiques = minima relatifs) Si on n a pas la composition de l eutectique : riangle de AMAN puis première méthode APPLCAON DES MÉLANGES EUECQUES Un composé eutectique permet de faire fondre à des températures inférieures au fusion des corps pur. Exemples : Mélange eau NaCl : permet de faire fondre la glace à des inférieures à C ((E) = 21 C) Mélange eau glycérol : antigel dans les radiateurs de voitures ou produit lave-vitre Soudure Plomb-Etain : permet de faire une soudure à relativement basse (2 C) COMPOSÉ DÉFN 5

6 Définitions Un composé défini CD est un corps pur composé qui n'existe qu'à l'état solide et est constitué de la "réunion" des deux "éléments" du binaire dans des proportions bien définies. ci : A = Mg, B = Zn, on cherche le CD tel que CD = A u B v u et v sont les plus petits entiers positifs tels que v / (u+v) = x(cd) =,66 soit u = 1 et v = 2 Un CD fond à température constante pour donner une phase liquide contenant les "éléments" du binaire. Si le liquide présente les même proportions que celles du CD, on dit qu'il y a fusion congruente. Sinon, la fusion est non congruent ou incongruente. Remarque : si le diagramme binaire A + B est gradué en fraction massique ω B, on cherche CD = A u B v tel que u et v, plus petits entiers positifs avec M(B)v / (M(A)u+M(B)v) = ω (CD) domaine Nbre de phases (φ) Nature des phases Composition des phases Variance n k r v V V V V E1 E2 F 6

7 A E B PARELLEMEN NON MSCBLES EN PHASE SOLDE : EUECQUE E SOLUONS SOLDES *(A) *(B) Courbe liquidus Courbe solidus S 1 + L (E) S 1 S 2 + Liq E S 1 S 2 V + V S 2 V Palier eutectique 1 x B domaine Nbre de phases (φ) Nature des phases Composition Variance des phases n k r v V V V 7