Présentation
Auteur(s)
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Jacques DEGAUQUE : Professeur à l’INSA de Toulouse, Laboratoire de Physique de la matière condensée ; UMR-CNRS
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Le refroidissement de métaux fondus à des vitesses de l’ordre du million de degrés par seconde permet d’obtenir des alliages renfermant des phases métastables, c’est‐à‐dire des phases amorphes, cristallines ou quasi cristallines, thermodynamiquement instables, mais fixées pratiquement de manière définitive lors du refroidissement rapide. La bonne homogénéité de ces alliages leur confère des propriétés bien spécifiques comme, par exemple, une grande tenue mécanique, une plus grande résistance à la corrosion, de meilleures propriétés magnétiques... L’état amorphe peut parfois être utilement considéré comme un stade précurseur dans la préparation de matériaux micro ou nanocristallisés à hautes caractéristiques magnétiques.
Les répercussions technologiques de l’émergence et du développement des nouveaux matériaux magnétiques ainsi obtenus, intrinsèquement intéressants et le plus souvent à bas prix de revient, se manifestent dans les domaines les plus divers de l’électrotechnique, de l’électronique, des capteurs, du blindage, de la téléphonie, de l’enregistrement magnétique, etc.
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1988 par Hubert JOUVE
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1. Élaboration d’alliages rapidement solidifiés
Deux notations des compositions chimiques des matériaux sont utilisées :
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pour les compositions en % masse : la valeur précède le symbole chimique (ex : Fe-6,5Si) ;
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pour les compositions en % atomique : la valeur est portée en indice à droite du symbole chimique (ex : Fe60 Co30 Zr10).
1.1 Phénoménologie de la solidification rapide
Les technologies de la trempe rapide à partir de l’état liquide permettent d’atteindre des vitesses de refroidissement de 102 à 106 K/s, conduisant à un matériau avec une structure amorphe pour les vitesses les plus élevées et/ou cristalline pour les vitesses inférieures (figure 1 a ). On peut schématiser les conditions de vitrification (ou de cristallisation) à partir du diagramme temps-température-transformation (TTT) (figure 1 b ). Refroidi au-dessus de la température du point de fusion T f , l’arrangement atomique du métal liquide reste désordonné à condition que la loi de refroidissement corresponde à des points successifs situés à gauche de la courbe continue, liée à l’apparition des premiers germes cristallins. Au-dessous de la température de transition vitreuse T g , les vitesses de diffusion atomique devenant très faibles, le liquide devient assez visqueux pour retenir sa structure désordonnée pendant un temps appréciable ou même très long. Il en résulte un solide « métastable » dans lequel la répartition des atomes est distribuée en gros comme dans le liquide maintenant pétrifié : c’est un verre ou amorphe métallique. Ceci n’est possible que pour certaines compositions d’alliage. C’est le cas notamment des alliages ferromagnétiques à base de Fe, de Co ou de Ni renfermant 20 à 25 % des atomes métalloïdes (Si, B, C, P...) qui ralentissent les réarrangements entre atomes lors du refroidissement. L’amorphisation est facilitée pour des compositions situées au voisinage d’un eutectique profond. Pour des points situés à...
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