Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Pierre GUIRALDENQ : Professeur des universités à l’École Centrale de Lyon (ECL) et au Conservatoire National des Arts et Métiers (Centre Associé de Lyon) - Directeur de Recherches à l’ECL
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Lire l’articleINTRODUCTION
La diffusion dans les métaux constitue un chapitre important de la Métallurgie-Physique : elle est la base même des phénomènes macroscopiques observés au terme d’un traitement thermique pour améliorer les propriétés de volume ou de surface (par un traitement de surface) et, d’une façon générale, elle contrôle l’évolution d’un matériau dès qu’interviennent le temps et la température.
La diffusion a été observée au départ sur des cas simples pour comprendre les mécanismes au niveau du réseau cristallin et pour déterminer les paramètres physiques qui la caractérisent (coefficients de diffusion, énergies d’activation, facteurs de fréquence).
Aujourd’hui, les valeurs numériques propres à de nombreux systèmes (métal pur, impuretés dans un métal pur, alliages binaires, alliages ternaires, etc.) permettent de comprendre les applications possibles et existantes de ces recherches dans des domaines tels que le frittage, les traitements de surface, le soudage, la corrosion : connaissant les constantes de diffusion, on peut prévoir déjà dans des cas simples (carburation des aciers par exemple) les temps et les températures de traitement thermique.
Toutefois, en pratique, les paramètres mis en jeu sont souvent multiples : par exemple, dans une opération de soudage, pour prévoir la diffusion, il faudrait tenir compte à la fois du gradient de température, du champ électrique, des affinités chimiques, des mouvements du métal liquide. Aussi, cet article a donc pour but de séparer l’analyse des différents paramètres afin de mieux saisir leur importance dans les phénomènes de transport.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1978 par Pierre GUIRALDENQ
- Version archivée 2 de avr. 1984 par Pierre GUIRALDENQ
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Diffusion en régime forcé3. Diffusion des gaz dans les métaux
L’interaction d’un gaz avec un métal joue un rôle important dans de nombreux domaines métallurgiques, indépendamment des procédés industriels utilisés largement pour les traitements de surface (cémentation, nitruration).
En effet, au cours de l’élaboration, un métal liquide peut dissoudre des quantités notables de gaz (hydrogène, oxygène) qui ne sont pas forcément éliminées par la suite. Il s’ensuit des effets particulièrement nocifs tels que la fragilisation (zirconium, titane par l’oxygène, fer par l’hydrogène), la porosité (flocons) et les effets de ségrégation inverse.
C’est en particulier l’action de l’hydrogène sur les aciers qui a été étudiée avec attention car elle entraîne une chute rapide des caractéristiques mécaniques, par diminution de ductilité de l’acier. L’hydrogène peut provenir soit des tout premiers stades de l’élaboration de l’acier par la présence d’humidité, soit par un chargement en hydrogène cathodique lors d’un dépôt électrolytique (traitements de surface). La vitesse de diffusion de l’hydrogène dans le fer à la température ambiante est très grande, de l’ordre de 10–6 à 10–7 cm2 · s–1. Le mécanisme par lequel se produit cette diffusion est de type interstitiel : il semble que l’hydrogène se déplace d’ailleurs à l’état de proton et non d’atome neutre ou combiné, le fer étant un élément de transition.
Bastien et Azou [49] ont montré que la présence d’hydrogène ne modifie pas les caractéristiques mécaniques de l’acier doux dans tout le domaine élastique. Mais, dès que le domaine plastique est atteint, la présence de nouveaux défauts de structure va permettre une localisation et un piégeage de l’hydrogène. Ces auteurs, ainsi que Plusquellec, [50] [51] [52] [53], ont expliqué le mécanisme de la fragilisation du fer par l’interaction des défauts et des protons : la déformation plastique s’accompagnant d’un mouvement des dislocations, il y a alors progressivement empilement des défauts sur les joints de grains et augmentation locale de la concentration en hydrogène. La recombinaison des ions hydrogène produirait ainsi de fortes tensions internes.
La mesure des coefficients de diffusion de l’hydrogène...
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Diffusion des gaz dans les métaux
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ZENER (C.) - * - Journal of Applied Physics, 22, p. 372 (1951).
-
(2) - WERT (C.), ZENER (C.) - Coefficients de diffusion atomique interstitielle. - Phys. Review, 76, p. 1169 (1949).
-
(3) - ASKILL (J.), GIBBS (G.B.) - * - Phys. Stat. Sol., 11, p. 557 (1965).
-
(4) - ADDA (Y.), DOAN (N.V.), RONTIKIS (V.) - Simulation of diffusion in solids. Diffusion in metals and alloys - DIMETA 88 (cf. ouvrages généraux), p. 105 à 126, 10 fig., 8 tabl. (76 réf.).
-
(5) - LE CLAIRE (A.D.) - On the theory of impurity diffusion in metals - (Théorie de la diffusion des impuretés dans les métaux). Philosophical Mag. (GB), no 7, p. 141-67, 4 tabl. bibl. (54 réf.) (1962).
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(6) - LE CLAIRE (A.D.), LIDIARD (A.B.) - * - Phil. Mag., 1, p. 518...
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