UNIVERSITE DE BOURGOGNE Année : 2009-2010 U.F.R. Sciences et Techniques Date : 11 juin 2010 Licence de Chimie 3 ème année EPREUVE Physico-Chimie des Matériaux (UE5a) Durée : 2 h 00 (Documents non autorisés) Partie 1: Etude d une partie du diagramme binaire Ti/Cu (8 points) 1. Indiquer sur le diagramme de la figure 1 la nature des phases dans chaque domaine, ainsi que le liquidus et le solidus. 2. Quels sont les composés ou solutions solides que l on peut former entre le titane et le cuivre? Préciser le type, la nature et les compositions limites de ces derniers. Donner les formules chimiques du ou des composés définis connaissant les masses molaires du cuivre (63,55 g/mol) et du titane (47,87 g/mol). Figure 1 : Diagramme binaire Ti/Cu à 25 C pour une composition en masse de Cu inférieure à 65%. Physico-Chimie des Matériaux 1/6 Licence de chimie de 3 ème année
3. Identifier de manière précise toutes les transformations (donner les équations et leurs noms) qui sont repérées par les horizontales du diagramme (ne pas prendre en compte celle qui est coupée). 4. Donner la composition chimique de chaque phase ainsi que leur proportion à 900 C pour une composition à 30 pour cent massique de cuivre. 5. Sachant que la phase haute température du titane à 1000 C est cubique centrée, calculer son paramètre cristallin sachant que sa masse volumique est égale à 4,5 g/cm 3. 6. Représenter le plan (101) et calculer la densité de ce plan. 7. Plusieurs types de défauts structuraux peuvent être rencontrés dans les solides. Nommer et expliquer les défauts présentés sur la figure 2. Figure 2 : Identifier les défauts présentés les parties droite et gauche de cette figure. Partie 2: Etude des traitements thermiques des aciers (8 points) Figure 3 : Diagramme TTT d un acier hypoeutectoïde d un acier A. Physico-Chimie des Matériaux 2/6 Licence de chimie de 3 ème année
1. Sur le diagramme TTT de la figure 3, identifier les différents domaines ainsi que les points Ms et AC1. 2. Décrire les courbes de changement de température en fonction du temps pour les deux traitements présentés ci-dessous. Dans les deux cas, le refroidissement initial, à partir de 800 C, est suffisamment rapide pour empêcher toute transformation (T~2s). - Ech.a : refroidissement rapide à 320 C, maintien à cette température pendant 10 4 secondes, puis refroidissement rapide à la température ambiante, - Ech.b : refroidissement rapide à 450 C, maintien à cette température pendant 10 3 secondes, puis refroidissement rapide à la température ambiante 3. On se propose d étudier le TRC de l acier 100CrMo7. Donner la composition de cet acier et indiquer le rôle des éléments d addition présents. 4. A partir de la figure 4, identifier les différents domaines présents sur cette courbe. Décrire ce qu il se passe pour les deux échantillons suivants : - Ech.c: Trempe permettant de revenir à la température ambiante en 400 secondes. - Ech.d: Trempe permettant de revenir à la température ambiante en 1 heure. 5. Tracer pour cet acier, en la commentant de manière précise, la courbe dilatométrique attendue pour un refroidissement conduisant à un acier trempé présentant une dureté de 45HRC. Figure 4 : Diagramme TRC de l acier 100CrMo7. Physico-Chimie des Matériaux 3/6 Licence de chimie de 3 ème année
6. Commenter la figure 5. Figure 5 : Evolution de la dureté en fonction de la température de revenu. 7. Expliquer les principales différences entre une transformation displacive et une transformation diffusive. Donner un exemple pour chacune d elle. Physico-Chimie des Matériaux 4/6 Licence de chimie de 3 ème année
Partie 3 : Corrosion et protection des matériaux métalliques (4 points) ATTENTION TOUTES LES REPONSES SONT A COMPLETER SUR LE SUJET D EXAMEN Il existe plusieurs méthodes de détermination du courant (ou de la densité de courant) de corrosion i cor (j cor ) d un métal M. Parmi elles, il existe la méthode dite des trois points. Son principe est le suivant : trois expériences successives sont réalisées en polarisant l électrode de travail (échantillon) à des valeurs proches du potentiel de corrosion E cor (polarisations notées respectivement π 1, π 2 =2π 1, π 3 = -π 1 ). Pour chacune d entre elles, la valeur du courant est relevée (valeurs notées i π, i 2π, i -π ). La méthode est basée sur l équation BV-mixte rappelée ci-dessous : π β i i e a π / β = / e c (BV-mixte) cor { } 1 ) Illustrer la méthode exposée en complétant le schéma en coordonnées i=f(e) ci-dessous : Réponse : 2 ) a) Appliquer l équation BV-mixte aux trois couples de points expérimentaux (i, π) et en déduire l expression de i cor en fonction de i π, r 1 et r 2 où r 1 =i 2π /i π et r 2 =i π /i -π. (Indication : on pourra poser u=e π1/βa et v=e - π1/βc ). Réponse : (formule) b) Application : déterminer la densité de courant de corrosion d un échantillon de nickel dans une solution corrosive où l on obtient les données expérimentales suivantes : π 1 =30 mv ; j π =5,32 ma/cm² ; j 2π =19,46 ma/cm² ; j- π = -3,38 ma/cm² Réponse : j= Physico-Chimie des Matériaux 5/6 Licence de chimie de 3 ème année
3 ) Comparativement à d autre (s) méthode(s) de détermination de i cor que vous connaissez, en quoi la méthode des trois points présente-t-elle un avantage? Réponse : 4 ) En supposant une corrosion généralisée de l échantillon de nickel, calculer la «vitesse» de corrosion du nickel en mm/an. Réponse : mm/an Données : z=2 ; ρ = 8,91 g/cm 3 ; F ~ 96500 C/mol ; M = 58,69 g/mol Physico-Chimie des Matériaux 6/6 Licence de chimie de 3 ème année