Les solutions solides et les diagrammes d équilibre binaires. sssp1. sssp1 ssss1 ssss2 ssss3 sssp2

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1 Les soluions solides e les diagrammes d équilibre binaires 1. Les soluions solides a. Descripion On peu mélanger des liquides par exemple l eau e l alcool en oue proporion, on peu solubiliser un solide dans un liquide par exemple le sel dans l eau jusqu à une ceraine limie de sauraion De façon analogue, on peu obenir des soluions solides oales ou limiées. Le cuivre e le nickel se mélangen en oue proporion. On a une soluion solide de subsiuion primaire unique noée. Le plomb e l éain se mélangen l un dans l aure mais aeignen une limie de sauraion. On a donc 2 soluions solides primaires noées 1 e 2. Au delà de la sauraion, on a un mélange des 2 soluions solides 1 e Le nickel e le iane se mélangen mais cee fois ci nous avons en plus des 1 e 2, 3 soluions solides secondaires ssss1, ssss2 e ssss3. On aura donc la possibilié de mélanges se soluions 1 e ssss1, ssss1 e ssss2, ssss2 e ssss3, ssss3 e 2. 1 ssss1 ssss2 ssss3 2 b. Naure des soluions solides de subsiuion primaires Les aomes son réparis au hasard. Leur exisence implique évidemmen qu un aome ne soi pas neemen plus pei que l aure sinon on aurai des soluions solides d inserion. C es le cas pour le carbone ou l azoe dans le fer. La largeur des soluions solides de subsiuion primaires sui les règles empiriques de Hume Rohery : Les aomes suiven le même réseau crisallin Ils on des rayons aomiques voisins, en ou cas qui ne diffèren pas de plus de 15 % Leur environnemen élecronique es voisin, ypiquemen l élecronégaivié. C es le cas pour le cuivre e le nickel : Réseau crisallin Rayon aomique en nm Elecronégaivié Pauling Cuivre cfc 0,128 1,9 Nickel cfc 0,125 1,8 Par conre, pour le cuivre e le zinc : Réseau crisallin Rayon aomique en nm Elecronégaivié Pauling Cuivre cfc 0,128 1,9 Zinc hc 0,133 1,6

2 Cependan, le zinc es plus soluble dans le cuivre que l inverse. La soluion solide de subsiuion primaire du zinc dans le cuivre es soluble jusqu à 30 %. Le cuivre es par conre rès peu soluble dans le zinc. Cela s explique par le fai que le zinc a une valence de +II e forme des ions Zn 2+ plus peis que les ceux du cuivre don la valence es +I e don les ions son donc Cu +. c. Les soluions solides secondaires On noera qu il exise des soluions solides secondaires plus ou moins ordonnées. Ceraines son appelées des sursrucures. C es le cas du laion β qui es analogue à un réseau cubique cenré : Le cuivre aux sommes e le zinc au cenre (ou le conraire) condui à un composé de formule sœchiomérique CuZn. On aura de façon analogue des soluions solides secondaires or cuivre : Il s agi des composé AuCu e AuCu 3. On défini aussi des composés élecroniques de concenraion élecronique 3/2, 7/4 e 21/13. ypiquemen, on a des laions CuZn c e =, CuZn 3 c e =, Cu 5 Zn 8 c e =. 2. Refroidissemen des liquides e changemen d éa a. Le cas d un corps pur L allure de la courbe de refroidissemen es la suivane : f Palier de solidificaion Surfusion

3 Le liquide se refroidi en suivan la loi de Newon. Le solide en fai de même. Il y a un phénomène de surfusion qui sera expliqué par la germinaion e croissance puis un palier de solidificaion à f caracérisique du corps pur. b. Le cas d un alliage La courbe de refroidissemen ne présene plus de palier de solidificaion. Elle se fai enre 2 empéraures appelée du liquidus e du solidus. l s Zone de solidificaion c. Les cas spéciaux par exemple avec euecique Pour cerains alliages présenan un euecique, on va avoir un débu de solidificaion pour une empéraure correspondan au liquidus puis un palier euecique de empéraure caracérisique. Le palier sera d auan plus long que l alliage aura la composiion euecique. Dans ce cas, la empéraure du liquidus se confond avec celle de l euecique. l E Palier euecique 3. Les diagrammes d équilibre a. Diagramme à un fuseau Considérons 2 méaux purs e des alliages de ces 2 méaux dans diverses proporions. A l exemple du cuivre e du nickel, ils ne formen qu une soluion solide unique de subsiuion primaire.

4 Si l on place dans un graphique l ensemble des empéraures correspondans aux empéraures du liquidus e du solidus pour les diverses proporions considérées, on obien : Liquidus f Ni f Cu Solidus %Ni b. Inerpréaion du diagramme Pour un alliage de concenraion X en Ni, on a : Au dessus du liquidus, on a 100 % liquide. Au dessus du solidus, on a 100 % soluion solide de subsiuion primaire. Enre les 2, on a du liquide e du solide : La règle de l horizonale indique que l on a, à une ceraine empéraure s, du liquide à la concenraion X 1 en Ni e du solide à la concenraion X 2 en Ni. Liquidus f Ni s f Cu Solidus 0 X 1 X X %Ni La règle des segmens inverses donne les proporions respecives avec les pourcenages massiques impéraivemen : % liquide à X 1 % en Ni = 100 % solide à X 2 % en Ni = 100

5 c. Les diagrammes avec euecique Euecique signifie qui fond bien. Il s agi d un consiuan micrographique facilemen reconnaissable de srucure lamellaire qui associe 2 phases don l aspec es du ype : α β Il se solidifie à une empéraure palier don la durée es proporionnelle à la quanié d euecique par rappor à la présence évenuelle d un aure consiuan. C es le diagramme de ammann vu en P. La forme du diagramme es donc la suivane : α β X 1 E X % B Un alliage 100 % euecique compore % α = 100 e % β = Un alliage ayan un pourcenage X de B inférieur à celui de l euecique compore 2 consiuans micrographiques α e E avec % α = 100 e % E = Il es appelé hypoeuecique. Les phases son α e β avec % α = 100 e % β = Un alliage hypereuecique a u pourcenage X de B supérieur à l alliage euecique d où les consiuans son E e β avec % E = % α =

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