STRUCTURE DES SURFACES POLIES

Le polissage est l'opération qui consiste à rendre une surface métallique unie et luisante en la frottant avec des abrasifs de finesse croissante. Sir Georges Beilby, en étudiant pendant une vingtaine d'années les modifications superficielles produites sur les surfaces par diverses opérations mécaniques, parmi lesquelles le polissage, arriva aux importantes conclusions qui peuvent se résumer ainsi (|) : :

1° Les opérations de laminage, de limage et de polissage ont pour résultat la formation d’une couche superficielle très mince qui diffère par un grand nombre de caractères de l’ensemble sousjacent;

2° Cette pellicule résulte d’une certaine mobilité,

conférée à la couche de molécules superficielles par l’action mécanique des outils et des produits de polissage;

3° Pendant qu'elle est dans l’état instable mo- ” bile, la couche de molécules a des propriétés qui la rapprochent d’un liquide, en particulier, elle possède une tension superficielle d’où son étalement;

4° La couche de glissement est plus dure que la surface inaltérée cristalline et elle forme une sorte d'enduit protecteur;

5° La dissolution de la pellicule superficielle met en évidence la structure cristalline du métal sousjacent, cette structure étant en général invisible après un polissage soigné.

En résumé les travaux expérimentaux de G.

Beilby ont montré que le polissage fait apparaître sur la surface du métal une couche très mince n'ayant aucun caractère cristallin. Cette pellicule fut appelée par la suite « couche amorphe de Beilby ».

Tel était l’état de la question vers 1920. Les récherches, entreprises d’abord par G. Thomson (2), puis poursuivies surtout en Angleterre (3) et en Allemagne (4), au moyen de la diffraction des - électrons, qui permet l'étude de la matière sous une

épaisseur très faible, confirmèrent les résultats de

Beilby en montrant que le spectre fourni par une surface métallique polie est constitué de deux anneaux larges et flous, tandis aue la même surface donne après décapage des anneaux nets dont le nombre et l’écartement sont caractéristiques du métal. Le premier spectre est considéré comme

spécifique de l’état amorphe d’une couche extrêmement mince du métal, tandis que le deuxième correspond à la structure cristalline. Cette conclusion nest d'ailleurs pas universellement acceptée. Certains auteurs pensent que les différences entre les spectres sont dues aux conditions géométriques différentes des deux types de la surface (5); d’autres essayent de démontrer que le polissage, en échauffant le métal, doit favoriser une oxydation superficielle qui serait l’origine du spectre diffus observé (6).

Bien que cette polémique ne soit pas éteinte à l'heure actuelle, des faits récents semblent apporter des preuves assez sérieuses à la théorie de la pellicule amorphe. Par exemple, Finch et ses collaborateurs (7) découvrent que les surfaces métalliques polies possèdent une propriété importante que ne présentent pas les surfaces décapées, c’est la propriété de dissoudre à la température ordinaire des cristaux d'un métal étranger.

Même si l’on n accepte pas la théorie de la pellicule superfcielle amorphe, dont l'épaisseur serait d’ailleurs toujours très faible (20 à 40 À pour la plupart des métaux), il n’en est pas moins vrai que le polissage modifie la structure du métal, et cette modification peut s'étendre assez loin de la surface comme le montrèrent, en 1932, les premières recherches de Boas et Schmid (8), utilisant la diffraction des rayons X. Ces résultats furent confirmés plus récemment au moyen des électrons, et on observa de plus que l'épaisseur de la couche détériorée est fonction de la nature du métal et des conditions du polissage. Dans cette couche, qui peut atteindre 1.000 A, les cristaux sont beaucoup plus petits que ceux des régions profondes et ils présentent quelquefois une certaine orientation (9).

Ce court historique montre que ce sont surtout les spectres de diffraction électronique qui sont à la base de nos connaissances actuelles concernant la détérioration superficielle et profonde des métaux au cours du polissage. Je me suis demandé s'il ne serait pas possible d'observer directement au microscope ces modifications en examinant une coupe perpendiculaire à la surface polie (10). Cette étude, qui a nécessité l'emploi d'une nouvelle méthode de préparation des surfaces, sur laquelle je reviendrai plus loin, a permis de montrer que le laiton poli ne présente pas sa structure normale

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dans une région qui s'étend jusqu'à environ 4x 10 * mm. de la surface : le réseau cristallin subit dans cette couche une transformation très nette, mais un traitement thermique convenable rétablit une nouvelle structure cristalline. Il n’est évidemment pas question de mettre en évidence par cette méthode la couche superficielle de Beilby en raison de sa très faible épaisseur, mais l'examen micrographique, en nous montrant directement l'existence d’une région de structure anormale, qui n'existe pas lorsque le laiton est décapé, confirme les résultats déjà obtenus par l'étude des spectres de diffraction, et nous explique les propriétés caractéristiques des deux états de surfaces poli et décapé.