| Réf : M67 v2

Méthodes de mesure
Tension superficielle

Auteur(s) : Nicolas EUSTATHOPOULOS, Enrica RICCI, Béatrice DREVET

Date de publication : 10 mars 1999

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Auteur(s)

  • Nicolas EUSTATHOPOULOS : CNRS-INP Grenoble, Laboratoire de Thermodynamique et Physico-Chimie Métallurgiques ENSEEG, D.U.

  • Enrica RICCI : Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Chimica Fisica Applicata dei Materiali, Gênes (Italie)

  • Béatrice DREVET : CEA Grenoble, DTA/CEREM/Département d’Étude des Matériaux

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

INTRODUCTION

La tension de surface des métaux et alliages liquides est un paramètre important intervenant dans de nombreux procédés d’élaboration et de mise en forme des matériaux.

Ainsi, cette grandeur influence l’aptitude d’un liquide à mouiller la surface d’un solide. Les phénomènes de mouillage sont d’une grande importance dans le procédé de galvanisation des aciers par immersion et dans l’élaboration des matériaux composites par des techniques d’infiltration d’un liquide dans une préforme constituée du matériau de renfort. De même, ces phénomènes sont essentiels dans l’assemblage de pièces solides par des alliages de brasure.

Les variations de tension de surface en fonction de la température et/ou de la composition du liquide entraînent des mouvements convectifs dans le liquide, connus sous le nom de convection Marangoni. Ce type de convection devient prédominant dans le cas de films minces (de l’ordre du millimètre) et, pour cette raison, détermine la forme du cordon de pénétration en soudage. Dans cette opération, le rôle des impuretés tensioactives s’avère décisif, dans la mesure où elles modifient sensiblement la tension de surface. De même, dans l’élaboration et l’affinage de l’acier par exemple, la convection Marangoni est à l’origine d’une corrosion préférentielle des réfractaires ayant lieu aux lignes de rencontre des trois phases solide/bain fondu/gaz.

Par ailleurs, il existe tout un ensemble de procédés dans lesquels on cherche à disperser un métal ou un alliage sous forme de gouttelettes (techniques d’atomisation par jet de gaz, disque tournant, électrode consommable tournante...). Une fois formées, ces gouttelettes peuvent être soit solidifiées pour obtenir une poudre, soit projetées sur une surface pour créer un revêtement. Le point commun de ces procédés est la création d’une grande quantité de surface libre du métal liquide, et la tension de surface est, à ce titre, un facteur clef dans la formation et la distribution de taille des gouttes.

Cet article présente une revue des résultats expérimentaux de la littérature pour la tension de surface et le coefficient de température des métaux purs. Notre travail est fortement inspiré de la revue de L.D. Lucas publiée dans ce traité en 1984. Dans sa compilation, Lucas a pour l’essentiel rapporté les résultats des travaux de la période 1960-1980, motivés le plus souvent par les applications des phénomènes de surface en sidérurgie d’élaboration et en fonderie. Plusieurs de ces travaux ont été réalisés dans les pays de l’Est, principalement en Ukraine et en Russie, mais aussi dans la remarquable École de capillarité formée à l’IRSID autour du Professeur Kozakevitch, dont Lucas faisait précisément partie.

Depuis une quinzaine d’années, notre connaissance des propriétés énergé-tiques des surfaces métalliques liquides a progressé grâce, notamment, aux nombreuses études effectuées dans le cadre des recherches sur le comportement des fluides en microgravité. Les déterminations les plus récentes de tensions de surface et de leur évolution en fonction de la température ont pu, en particulier, bénéficier des progrès sensibles réalisés dans le contrôle de l’atmo-sphère des installations expérimentales, et dans l’acquisition et le traitement des résultats expérimentaux.

Nota :

le lecteur pourra utilement se reporter aux références à en bibliographie, notamment :

  • pour le mouillage et l’infiltration d’un liquide en et ;

  • pour l’assemblage de pièces solides en ;

  • pour la convection Marangoni en , et ;

  • pour la dispersion sous forme de gouttelettes en ;

  • pour les phénomènes en sidérurgie d’élaboration en , et .

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-m67


Cet article fait partie de l’offre

Étude et propriétés des métaux

(199 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Présentation

2. Méthodes de mesure

2.1 Généralités

De nombreuses méthodes ont été imaginées depuis un siècle pour déterminer la tension de surface des liquides à la température ambiante . Les températures de fusion élevées des métaux et la réactivité chimique de la plupart d’entre eux diminuent fortement le nombre de techniques qui peuvent être utilisées.

Un souci majeur quand on mesure la tension superficielle d’un liquide est de limiter le plus possible sa contamination pendant l’expérience, en particulier par des constituants tensio-actifs (oxygène, soufre...). Une source importante de contamination est le solide réfractaire en contact avec le liquide. Les risques de pollution à partir des réfractaires augmentent fortement avec la température, d’une part parce que la stabilité thermodynamique des matériaux réfractaires diminue, mais aussi parce que les cinétiques des réactions métal/réfractaire augmentent fortement quand T augmente.

Pour des matériaux ayant une réactivité négligeable avec le carbone tels que Pb, Ag ou Cu (la solubilité du carbone dans le métal étant typiquement de l’ordre du p.p.m.), des matériaux de support en graphite ou en carbone vitreux sont utilisés.

Pour les autres métaux, on préfère généralement les oxydes réfractaires, tels que BeO, ThO2 ou Al2O3, moins réactifs avec les métaux liquides que les nitrures, les carbures ou encore les borures. Un inconvénient des oxydes est que leur dissolution dans le métal liquide, aussi faible soit-elle, conduit à la contamination du métal par un élément particulièrement redoutable, parce que fortement tensio-actif, l’oxygène. En effet, cet élément entraîne des diminutions importantes de la tension de surface de la plupart des métaux, même à des concentrations aussi faibles que quelques p.p.m. (figures 7 à ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Étude et propriétés des métaux

(199 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Méthodes de mesure
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - EUSTATHOPOULOS (N.) -   *  -  La Revue de Métallurgie, CIT/Science et Génie des Matériaux, septembre 1995, p. 1 083.

  • (2) - MORTENSEN (A.) et JIN (I.) -   *  -  International Materials Reviews 37 1992 p. 101.

  • (3) - MORET (F.) et EUSTATHOPOULOS (N.) -   *  -  J. Phys. IV, Colloque C7, suppl. J. Phys. III, vol. 3 novembre 1993 p. 1 043.

  • (4) - MILLS (K.C.) et KEENE (B.J.) -   *  -  International Materials Reviews 35 1990 p. 185.

  • (5) - DOMERGUE (L.), CAMEL (D.), TISON (P.) ET MARYA (S.) -   *  -  Proceedings of the 4th Decennial International Conference on Solidification Processing, Sheffield (UK) 7-10 juillet 1997, Édité par J. Beech et H. Jones, p. 665.

  • (6) - MUKAI (K.) -   *  -  ISIJ Int. 42 1992 p. 19.

  • ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Étude et propriétés des métaux

(199 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS