PROPRIÉTÉS PHYSIQUES

Cristallisation.

On peut obtenir un grand nombre d’alliages àl’élat cristallisé. MM. Sainte- Glaire Deville et Debray, dans le cours de leurs recherches sur les métaux de la famille du platine, ont obtenu une série remarquable d’alliages, en fondant ces éléments avec de l’étain. L’alliage de platine et d’étain cristallise en cubes ou du moins en rhomboèdres dont les angles sont très voisins de 90 degrés ; il en est de même de l’alliage de ruthénium et d’étain, dont les cristaux sont comparables aux plus beaux échantillons de bismuth.

Le laiton cristallise en octaèdres appartenant au système régulier ; on peut faire cristalliser tous les alliages renfermant depuis 99,14 jusqu’à 29,07 de de cuivre, mais l’opération réussit surtout avec les laitons contenant de 80 à 45 pour 100 de cuivre. Rammelsberg a décrit deux alliages cristallisés : l’un Cu^Sn’ qui appartient au système hexagonal, l’autre CuSn® qui cristallise en prismes à base carrée.

C’est un fait digne de remarque que le laiton cristallise dans le système cubique, tandis que l’un de ses constituants, le zinc, appartient au système hexagonal. G. Rose en avait conclu au dimorphisme du zinc. Rammelsberg a développé celte idée; d’après lui, les alliages doivent être considérés comme des mélanges de métaux isomorphes, ce qui explique comment ils peuvent varier dans leur composition sans que leur forme soit altérée. L’auteur se trouve ainsi conduit à envisager les métaux comme polymorphes ; le cuivre et l’arsenic seraient trimorphes; le fer et le nickel tétramorphes; l’or, l’argent, le mercure, l’étain, le bismuth sei’aient dimorphes. C’est là une vue hypothétique dont il est impossible de vérifier la justesse, aucun des métaux connus n’ayant présenté jusqu’ici un seul cas de dimorphisme.

Densité.

L’étude des densités des alliages fournit des indications décisives au sujet de leur constitution. Si les alliages n’étaient que des mélanges, il serait aisé de calculer leur densité par la foi’mule :

. (P + pW

Vd + pD '

P et P représentent les poids respectifs des deux métaux alliés et D et i leurs densités (1).

La densité expérimentale diffère presque toujours de la densité théorique, calculée d’après cette formule. En général, lorsque la combinaison des deux métaux s’accomplit sans dégagement de chaleur bien marquée, l’alliage présente une densité moindre que la densité théorique ; c’est ce qui arrive poulies alliages de cuivre et d’argent. Toutes les fois que la combinaison dégage une quantité de chaleur notable, on constate, au contraire, que la densité de l’alliage est supérieure au nombre obtenu par le calcul; il y a donc contraction dans ce cas. C’est ce qui arrive pour les alliages de cuivre avec le zinc ou l’étain. D’après Calvert et Johnson, la contraction des alliages de cuivre et de zinc est considérable. Elle atteint son maximum dans le laiton, dont la composition correspond à Zm^Cu^.

La contraction du bronze est peu considérable jusqu’à l’alliage SnCu^ ; à partir de ce point elle s’élève rapidement pour atteindre un maximum correspondant à l’alliage SnCuL La densité décroît ensuite, puis reprend une marche ascendante à peu près régulière (Riche).

L’action alternative de la trempe et du recuit augmente la densité du bronze. La trempe augmente la densité, et le recuit la diminue, mais dans une proportion moindre. L'action mécanique du balancier augmente également la densité du bronze, et le recuit agit dans le même sens, de sorte qu’après une série de compressions, de trempes et de recuits, la densité s’accroît dans des proportions considérables. La trempe augmente la densité du laiton. Le recuit tend au contraire à en diminuer la densité, qui s’accroît à son tour par le laminage; de telle façon qu’après une série de laminages suivis de recuits, la densité de l’alliage n’est pas sensiblement modifiée. La densité du maillechort s’accroît par l’action mécanique et s’abaisse par l’action de la chaleur. Les bronzes d’aluminium conservent une densité invariable quand on les soumet au recuit, à la trempe ou à l’action mécanique (Riche).

Couleur.

Les alliages ont le plus souvent une couleur grise. Il en est cependant de colorés, et, dans ce cas, la couleur de l’alliage diffère de celles de ses constituants. Ainsi, le laiton est jaune quand il contient 75 à 80 pour 100 de cuivre, et il est d’un blanc d’argent quand il n’en contient plus que 30 pour 100. Le bronze d’aluminium est d’un jaune d’or. Le maillechort est blanc. L’or, allié à

(I) L’alliage de cuivre et de hismuth est le seul dont la densité soit égale à la densité moyenne des métaux qui le composent. D’après Kraft et Gilbert, on observe une augmentation de volume quand on fait fondre ; l’or avec le cuivre, le fer, l’étain; le platine avec le plomb; le fer avec l'antimoine, le bismuth, le zinc; le cuivre avec le plomb; l’étain avec le zinc, lo plomb, l’antimoine; le zinc avec l’antimoine; le mercure avec le bismuth. 11 sc produit au contraire une diminution de volume quand on fait fondre ; l’or avec l’argent, le plomb, le bismuth, le zinc; l’argent avec le cuivre, le plomb, l’étain, le bismuth, le zinc, l’antimoine; le plomb avec le zinc, le bismuth, l’antimoine; le mercure avec l’étain, le plomb; le bismuth avec l’antimoine (Pelouze et Freniy, Traité de chimie, t. II, p. 31).

une quantité convenable de cuivre, prend une teinte rouge, et il devient vert quand on y incorpore de l’argent.

Dureté, ductilité, ténacité.

Les alliages sont en général plus durs que les métaux qui entrent dans leur composition. Quand on ajoute successivement du cuivre à l’étain, la dureté augmente jusqu’cà ce que les deux métaux soient unis dans le rapport de leurs équivalents. A partir de cette limite, jusqu’au moment où sa composition correspond à la formule SnCu% l’alliage est extrêmement cassant. Puis, à mesure qu’on augmente la proportion du cuivre, on voit la dureté décroître. Le bronze des instruments sonores est tellement dur, que le poinçon ne s’y enfonce pas sensiblement, après 100, chocs successifs (Riche).

La dureté du laiton croît progressivement depuis l’alliage à 90 pour 100 de cuivre jusqu’à celui qui correspond à la formule ZnCu. Les alliages Zn^Cu® et Zn-Cu sont très fragiles (Riche).

Les alliages sont d’ordinaire moins ductiles et moins malléables que le plus ductile des métaux constituants. Il en est de même pour la ténacité ; le bronze d’aluminium est cependant beaucoup plus tenace que le cuivre et l’aluminium qui entrent dans sa composition.

Fusibilité.

La fusibilité d’un alliage est généralement inférieure à celle du moins fusible de ses constituants. Cette règle se vérifie pour le bronze, le laiton, le maillechort, les alliages d’or et d’argent. II arrive quelquefois que l’alliage fond à une température plus basse que le plus fusible des métaux qui le composent. R. Wagner en fondant ensemble, sous l’huile de naphte, un équivalent de potassium (fusible à 58 degrés) et un équivalent de sodium (fusible à 9ü degrés) a obtenu un alliage liquide aux températures ordinaires et se solidifiant à -j- 8 degrés (I). On connaît la curieuse propriété des alliages de Darcet de. fondre dans l’eau bouillante, bien que le plus fusible de leurs constituants, l’étain, ne soit fusible qu’à 228 degrés. Voici la composition de deux de ces alliages, avec l’indication de leurs points de fusion respectifs :

( Bismuth 1''.... ) Plomb..

fond à 95“,5.

( Bismuth < Plomb..

(Étain...

fond à 91",0.

Quand l’un des métaux qui entrent dans la composition de l’alliage est volatil, (I) Aim. de chim. et de phys. (3;. l. XXXVl, p. 246.

il tend à se dégager sous l’action d’une chaleur suffisante pour le réduire en vapeur. Cette action n’est jamais complète ; el, toutes les fois que l’union des métaux s’accomplit avec un grand dégagement de chaleur, on constate que les phénomènes de dissociation s’arrêtent, dès que l’alliage soumis à l’action du feu représente une combinaison en proportions définies. D’après les expériences de M. de la Rive, réchauffement intense de l’arc électrique sépare complètement les éléments de l’alliage ; en soumettant à un refroidissement brusque les vapeurs ainsi volatilisées, les deux métaux se condensent séparément (1).

Liquation.

Les expériences de Rudberg et Svanberg que nous avons rapportées au commencement de ce chapitre (voy. p. 85), montrent que les alliages, soumis à un refroidissement lent, tendent à se séparer en plusieurs produits définis, différant entre eux par la composition, la densité et la fusibilité. C’est à ce phénomène qu’on a donné le nom de liquation. R est peu d’alliages qui ne le présentent à des degrés divers, et sa grande importance dans les applications industrielles nous engage à en citer quelques exemples.

Un alliage de plomb et d’argent contenant de 1 à 1,5 pour 100 de ce dernier métal, soumis à un refroidissement lent, donne une abondante cristallisation de plomb pauvre; l’alliage plus fusible de plomb et d’argent reste à l’état liquide pendant un temps beaucoup plus long. On a basé sur cette curieuse propriété un procédé d’enrichissement des plombs d’œuvre argentifères. Par une série de cristallisations successives, on parvient à concentrer tout l’argent dans une quantité relativement faible de plomb, qu’on soumet ensuite à la coupellation. Cette méthode, connue sous le nom àe. pattinsonage, est employée sur une vaste échelle.

Le bronze coulé dans des moules et refroidi, subit toujours une liquation partielle. C’est ce qui explique pourquoi, lorsqu’on veut obtenir des pièces volumineuses telles que les canons, on est obligé de laisser à la partie supérieure une masse considérable de métal (masselotte) qu’on enlève plus tard. Grâce à cet artifice, le refroidissement des parties inférieures dure plus régulier et l’alliage est .plus homogène. D’après M. Riche, celte liquation n’est pas aussi considérable qu’on l’admet généralement. La moyenne de l’étain à l’intérieur est de 8,907 et elle atteint 9,507 à l’extérieur. La partie du canon qui est dans l’axe de la pièce, ne présente pas d’homogénéité. Elle contient des grains cristallisés de couleur grise, contenant de 12,30 à 14,49 pour 100 d’étain. C’est afin d’éviter cette cristallisation que le major Uchatius a proposé de couler les canons dans des moules dont l’âme est formée par un manchon de fer à circulation d’eau froide. Le forage est ainsi évité, et les parties de la pièce qui se trouvent au contact du projectile et des gaz explosifs, solidifiées par un refroidissement brusque, présentent une grande dureté et une homogénéité parfaite.

M. Riche a fait de nombreuses expériences sur la liquation des bronzes. Il a

(1) Comptes rendus de l’Acad. des sciences, t. XLIII, p. 727.

trouvé que les alliages correspondant aux formulés SnCu® et SnCu* sont les seuls qui ne se liquatent pas. Les alliages riches en étain sont ceux qui présentent ce phénomène au plus haut degré.

La liquation se produit également quand on chauffe longtemps, à une température inférieure à son point de fusion, un alliage obtenu en refroidissant brusquement un mélange de deux ou plusieurs métaux en fusion. Quand la chaleur atteint la température où l’alliage le plus fusible commence à fondre, on voit suinter de la masse une série de gouttelettes de métal fondu, et bientôt la plaque prend une texture caverneuse et ne contient plus que l’alliage le moins fusible. Ce phénomène se produisait sur les plaques de sûreté dont on a, pendant quelque temps, garni les soupapes des chaudières à vapeur. L’action prolongée de la vapeur y déterminait des phénomènes de liquation avant qu’on eût atteint la température correspondant à la pression maximum. Il en résultait des fuites fréquentes qui forçaient d’éteindre les feux, et on dut renoncer à un mode de protection aussi peu efficace.

On utilise encore cette liquation lente des alliages complexes, pour la désargenlation du cuivre. Le métal fondu est additionné d’une certaine quantité de plomb, puis coulé en disques qu’on soumet à un refroidissement brusque. Les pains d’alliage triple sont ensuite réchauffés lentement, et laissent écouler un alliage fusible de plomb et d’argent, qu’on passe ensuite au four à coupellation.

M. de Jussieu a découvert un phénomène très curieux de liquation, dans les alliages de plomb et d’antimoine employés pour les caractères d’imprimerie. L’action de la chaleur, prolongée pendant quelques heures, les décompose en déterminant la formation d’un nouvel alliage plus riche en antimoine. Il en résulte que le métal en fusion se trouve alors contenir un excès de plomb, qui se sépare par liquation quand on soumet le mélange à un refroidissement brusque. C’est ce qui arrive quand on verse le métal dans le moule à clicher ; on n’obtient alors, au lieu d’un relief uni de l’empreinte, qu’une plaque métallique grenue et spongieuse. M. de Jussieu a montré que, pour faire cesser ce phénomène de liquation, il ne suffit pas d’abaisser la température du métal au degré où l’alliage primitif est plus stable ; il faut introduire dans la masse liquide un fragment de l’alliage à l’état cristallisé, autour duquel la matière en fusion cristallise aussitôt en prenant une apparence pâteuse; la chaleur du foyer détermine d’ailleurs la liquéfaction rapide de ce coagulum, et dès que tout est redevenu liquide, on doit se hâter de procéder à la coulée. M. de Jussieu rapproche, avec raison, ce curieux phénomène de la sursaturation bien connue des dissolutions de sulfate de soude. L’introduction d’un cristal de l’alliage primitif détermine la réduction de l’alliage surantimonieux, exactement comme le cristal de sulfate de soude détermine la précipitation dans la liqueur d’une masse cristalline isomorphe. Il n’y a de différence que dans l’état liquide que conserve l’alliage, après qu’il est revenu à sa composition primitive.

ENCYCLOPÉDIK CHIMIQUE.

Trempe.

L’acier soumis à la trempe durcit et éprouve une diminution de densité. D’après Réaumur et Rinnmann, le volume de l’acier trempé est plus grand de 1/48 que celui du métal soumis à un refroidissement lent. M. Caron a constaté que la densité d’un barreau d’acier, qui était primitivement de 7,817, était descendue à 7,743 après trente trempes successives. M. Riche a obtenu des résultats analogues. Il est aisé de comprendre pourquoi la trempe a pour effet de diminuer la densité du métal : la surface au contact du liquide froid ne peut éprouver la contraction normale, parce que les parties intérieures, encore échauffées, s’opposent au retrait par leur dilatation.

Avec les alliages de cuivre et d’étain, de cuivre et de zinc, les choses se passent tout autrement. Les bronzes riches en étain (18 à 22 pour 100) augmentent considérablement de densité par la trempe. Le recuit diminue cette densité, mais dans une proportion moindre; elle s’accroît de nouveau par l’action du balancier (Riche). Darcet a le premier constaté que la trempe adoucit les bronzes riches en étain; après cette opération on peut les aplatir au balancier, tandis qu’ils se brisent sous cette action quand ils ont été soumis à un refroidissement lent. A la suite des travaux de Darcet, on essaya de fabriquer des tamtams et des cymbales en bronze trempé, contenant 80,5 de cuivre et 19,5 d’étain. Mais on reconnut bientôt que le travail à froid de ce bronze n’est pas pratique. D’autre part, il résulte des expériences de Darcet que le bronze à 20 pour 100 d’étain, employé par les Chinois, est pulvérisable au rouge, de sorte qu’on dut abandonner la fabrication de ces instruments. M. Riche, à la suite de nouvelles recherches, a reconnu que ce bronze est cassant à froid, à 100 ou 200 degrés, ainsi qu’au rouge-cerise, mais que, vers le rouge sombre, il se laisse forger aussi facilement que le fer et l’aluminium. On peut aussi, à cette température, le laminer avec une grande facilitée! le réduire en feuilles de 1 à 2 millimètres d’épaisseur; sa mollesse est alors telle, qu’il devient possible de le ployer et de l’emboutir. La densité du métal travaillé à chaud n’est pas accrue. MM. Champion et Riche, en s’appuyant sur ces résultats, ont obtenu, par le martelage au rouge sombre, des tamtams aussi sonores que ceux des Chinois.

Dilatabilité.

Voici les résultats des expériences de M. Fizeaii sur quelques alliages ;