II. LES ALLIAGES MÉTALLIQUES
232. Mélanges liquides qui laissent déposer les métaux à Tétat de pureté ou un composé déflni. —
Les principes développés dans les Leçons précédentes et, particulièrement, la notion de cristal mixte, commencent à jeter quelque jour sur la constitution, longtemps si obscure^ des alliages métalliques ; la plupart des alliages que Ion regardait comme des composés chimiques définis, ayant une composition fixe et un point de fusion déterminé, sont considérés aujourd'hui comme des conglomérats eutectiques formés soit de deux solides simples, cristallisés ou non, soit de deux espèces de cristaux mixtes ou de deux solutions solides.
M. G. Charpy (*) a étudié avec le plus grand soin (n** 106) l'alliage formé par le plomb, Tétaln et le bismuth ; il a étudié également,
(1) Vah't HoFf et MuLLBB, Beriohte der Deutschen Chemischen Gcsellschift ^ Bd. XXXl, p. 2206.
(}) G. CflARpT, Étude sur les alliages blancs dits antifriction {Contribution à Vétude des alliages^ publiée par la commission des alliages de la Société d*Eiiconragement pour l'industrie nationale, p. 203 ; Paris, 1901. — Ce recueil •st une source de précieux renseignements touchant les alliages).
328 LRS ALLIAGES METALLIQUES
bien qu'avec de moindres détails, les alliages ternaires» suivants :
Sn, Cu, Sb, Sn, Pb, Sb, Pb, Cu, Sb, Zn, Sn, Sb, Cu, Sn, Pb.
Hors ces cas, les seuls alliages qui aient été étudiés minutieusement sont des mélanges de deux métaux que nous désignerons par les indices 1 et 2.
Le cas le plus simple que l'on puisse rencontrer est celui où un abaissement de température imposé au mélange fondu des deux métaux provoque toujours soit le dépôt du métal 1 à l'état de pureté, soit le dépôt du métal 2 à l'état de pureté.
Ce cas est tout semblable à celui que nous avons traité au n** 2 1 4,
où un liquide, formé par deux sels à Tétat de fusion, ne peut fournir
d 'autre solide que l'un ou l'autre de ces sels, pris à l'état de pureté.
Pour abscisse {fig. 100), prenons la valeur de X qui représente
la composition du mélange liquide ; pour ordonnée, prenons la température.
La courbe de congélation C, du métal 1 part du point F,, dont l'ordonnée est le point de fusion de ce métal, et descend de gauche à droite ; la courbe de congélation C, du métal 2 part du point F,, dont l'ordonnée est le point de fusion de ce métal, et descend de droite à gauche. Ces deux courbes se rencontrent au point d'cutexieE, dont î est l'abscisse et 6 l'ordonnée; $ et e marquent la composition du conglomérat eutectique et son point de fusion. M. Guthrie (*) a étudié quelques systèmes qui rentrent dans cette
C) GuTHRiB, Philosophical Maga^lney o*" Série, vol. XXII, p. 4ô ; 1884.
Fi?. 100
LES MiTÀUX 8B SOLIDITIBNT séPARUfBNT
catégorie ; voici les valeurs qu'il a trouvées pour les coordonnées f , 0 dn point d'entexie :
1 MéUoz mèUn^n
1 1 Bismuth
1 2 Zinc
1 Bismuth
2 Étain
1 Bismuth
2 Plomb
1 Bismuth.
2 Cadmium
C'est encore à cette catégorie que se rattache le système, étudié par M. Roberts- Austen (*), formé par les deux métaux : plomb (1) et étain (2) ; on a, dans ce cas,
Mais parmi les systèmes de cette catégorie, aucun sans doute n'a été étudié avec autant de soin que Palliage formé par les deux métaux : plomb (1) et antimoine (2), objet des recherches de M. Roland- Gosselin, de M. H. Gautier (') et de M. Charpy (•).
Lorsque la composition du mélange liquide varie depuis X = 0 jusqu'à î = 0,13, le point de congélation s'abaisse de To = 326**, point de fusion du plomb pur, jusqu'à e = 228°.
Lorsque la composition du mélange liquide varie depuis î = 0,13 jusqu'à X= 1, le point de congélation se relève de e = 228° à T, = 632*, point de congélation de l'antimoine pur.
(1) RoBiRTS-AusTBF, Proceedinçs of the Royal Society, vol. LXIII. p. 452;
(*) H.Gautibr, Bulletin de la Société é^ Encouragement, oct. 1896, et Contribution à Vétude des alliages, p. 93.
(») G. Cbarpt, Bulletin de la Société d'Encouragement, mars 1897 et Gontribution à Vétude des alliages, p. 121 et p. 203.
330 LIS ALLIA6B8 néTALLIQUBS
Le poiut
est un point d'eutexie.
Lorsqu'on mélange liquide pour lequel X est compris entre Oet 0,13 est amené au point de congélation, il fournit des cristaux de plomb pur ; la teneur X en antimoine augmente, le point de congélation T s'abaisse; il en est ainsi jusqu'au moment où X atteint la valeur 0,13 et T la valeur 228*»; à ce moment, le liquide restant se prend en masse. Au microscope, le lingot obtenu se montre formé de grands cristaux de plomb empâtés dans un eutectique finement grenu.
Au contraire, un mélange liquide pour lequel X est compris entre 1 et 0,13, amené aii point de congélation, laisse déposer des cristaux d'antimoine ; la teneur X en antimoine et le point de congélation T s'abaissent, jusqu'au moment où X atteint la valeur 0,13 et T la valeur 228" ; alors, le reste du liquide se prend en un eutectique qui cimeQte les cristaux d'antimoine» ce que l'observation microscopique permet de reconnaître.
Selon les mêmes auteurs, l'alliage formé par le zinc (1) et l'aluminium (2) présenterait des phénomènes de tout point analogues aux précédents. X croissant de 0 à 0^05, le point de congélation décroîtrait de To = 433% point de fusion du zinc, à e = 389*; le solide produit serait du zinc pur. X continuant à croitre de 0,05 à 1, le point de congélation croîtrait de e = 389» à Tj == 650*, point de fusion de Taluminium ; le solide produit serait de l'aluminium pur. Le point
serait un point d'eutexîe.
Un cas plus compliqué que le précédent peut se présenter : c'est celui ou les liquides contenant de fortes proportions du métal 1 laissent déposer le métal 1 à l'état de pureté, où les liquides contenant de fortes proportions du métal 2 laissent déposer le métal 2 à l'état de pureté, enfin où les liquides de composition intermédiaire laissent déposer un composé défini.
Les courbes de congélation ont alors, le plus souvent, la disposi-
IL SB FORME UN GOMPOSi oéPINl 331
tion que nous avons trouvée (Jlg, 79, p. 289) en étudiant un mélange de deux sels fondus où peut naître un sel double.
Le type de ces alliages paraît être Talliage formé par Tétain (1) et le cuivre (2), étudié (*) par M. H. Le Chatelier, par MM. Roberts Austen et Stansfield, par M. G. Charpy.
Lorsque X varie de 0 à 0,03, le point de solidification s*abaisse de To = 232% point de fusion de Tétaln pur, à e = 227» ; le solide déposé est de rétain pur.
Lorsque X varie de 0,72 à 1, le point de congélation s'élève de S = 770* à Tj = 1050*, point de fusion du cuivre pur ; le solide déposé est du cuivre pur.
Lorsque X croît de 0,03 à 0,72, le point de congélation s'élève sans cesse de e = 227* à ^ = 770** ; le solide déposé est un composé défini : Sn Cu«.
D'après ce que nous venons de dire, la courbe de congélation de ce composé défini ne présente pas de point indifférent ; le point
est un point d'eutexie ; le point
est un point de transition.
Dans d'autres cas, là courbe de congélation du composé défini présente un point indifférent ; les trois courbes de congélation ont alors très exactement la disposition représentée en la /î^. 79, p. 289. Tel serait le cas réalisé, selon M. H. Le Chatelier ('), par les alliages de cuivre et d'antimoine au sein desquels peut se former le composé défini SbCu'.
233. Mélanges métalliques liquides qui donneni des solutions solides. — Le cas dont nous venons de parler est le plus simple, mais il parait assez rare ; le plus souvent, lorsqu'on refroidit un mélange de deux métaux en fusion, on obtient une
(1) Voir : Contribution à l'étude des alliages, p. 99. et p. 139.
(') H. Le Chateuer Bulletin de la Société d" Encouragement^ 1895, p. 573.
332 tES ALLIAGES IféTALUQUES
solution solide qui contient les deux métaux en proportion variable. Le cas le plus simple qui puisse se présenter est celui ou les deux métaux, isomorphes entre eux, forment, quelles que soient leurs proportions, une seule espèce de cristaux mixtes ; tous les points de congélation se rangent alors sur une courbe unique, (fig. 86, p. 302) unissant le point de fusion de Tun des métaux au point de fusion de Fautre.
Ce cas est celui des alliages d'argent et d'or. Les points de congélation se rangent tous sur une ligne sensiblement droite allant du point de fusion de Targent au point de fusion de Tor.
Les alliages de bismuth et d'antimoine, dont la courbe de fusibilité et la structure microscopique ont été étudiées par M. Roland-Gosselin et par M. G. Charpy (*), rentrent dans le même. type; les points de congélation se rangent sur une courbe unique joignant le point de fusion To = 268** du bismuth au point de fusion T, = 622*» de l'antimoine.
Le cas particulièrement simple réalisé par ces alliages est assez rare ; en général, il peut se former deux espèces de solutions solides, cristallisées ou non ; les unes qui comprennent comme cas particulier le métal 1 pris isolément, se forment dans les mélanges liquides riches de ce métal; les autres, au nombre desquelles on doit compter le métal 2 pur, prennent naissance dans les mélanges liquides qui renferment surtout le métal 2.
A ces deux espèces de solutions solides correspondent deux courbes de congélation distinctes, Cj et G,, la première, issue du point ¥^ (fig. 101) dont l'ordonnée est la température de fusion du métal 1, la seconde issue du point F, dont l'ordonnée est la température de fusion du métal 2.
(M Q. GpAAPT, Contribution à Vétude des alliages p. 114 et p. 138.
IL SK FOi^MK bEUX SOLUTIONS SOLIDES 333
Eu général, la première de ces courbes descend de gauche h droite et la seconde de droite à gauche ; la disposition en est semblable à celle que M. Reinders a rencontrée en étudiant ïes mélanges en fusion de nitrate de potassium et de nitrate de sodium (n* *23).
Les courbes Gj ,Cj se coupent en un certain point E, de coordonnées S, 6.
A ces courbes, il faut adjoindre les courbes de fusion C,, G, des solutions solides. A la température 0 correspond, sur la première courbe,un point A ij^ d'abscisse $j, et sur la seconde courbe, un point A„ d'abscisse î,.
A la température 6, se produit un conglomérat eutectique, décomposition moyenne S ; ce conglomérat est une juxtaposition de masses formées par la solution solide de première espèce, dont Sj est la composition, et de masses appartenant à la solution solide de seconde espèce, dont Ç, est la composition.
Ces propriétés sont celles des alliages d'argent et de cuivre.
On connait des aUiages solides où le cuivre est uni à une proportion d'argent variable de 0 à une certaine limite, et des alliages où l'argent est uni à une proportion de cuivre variable également de 0 à une certaine limite. En outre, on connait un alliage, l'alliage de Levol, où le cuivre et l'argent figurent dans un rapport fixe. Get alliage a un point de fusion fixe qui est d = 777^. U fat longtemps regardé comme un composé défini, auquel on attribuait la formule Ag'Gu».
En étudiant la congélation des mélanges fondus d'argent et de cuivre, M. Roberts-Austen(*) et MM. Heycock et NeviUe (*) ont déterminé deux courbes de congélation Cp c^; leur point d'intersection a précisément pour coordonnées la composition et le point de fusion de l'alliage de Levol ; celui-ci est donc un conglomérat eutectique ; par l'examen microscopique de l'alliage de Levol, M. Osmond (') a corroboré cette conclusion.
(1) RoBiRTS-AuBTBN Proccedings of the Royal Society of London^ 1875, p.481 — Annual Mtnt Report, 1900 ; p. 70.
(2) Hbycock et Nbvillb, Philosophical Transactions, t. CLXXXIX» p. 25.
(3) OsMOMD, Comptes rendus, t. CXXIV, p. 1094; 1897.
334 LBS ALLIAOBS IféTALLIQUBS
Les alliages de cuivre et d'or (^) donnent lieu à des considérations de tout point semblables aux précédentes.
Les deux courbes de congélation Cp e, des deux espèces de cristaux mixtes, au lieu de se réunir en un point d'eutexie, comme il arrive dans les deux derniers cas que nous venons de citer, peuvent se rejoindre en un point de transition. La disposition qu'elles affectent est alors semblable à celle que M. Hissink a trouvée en étudiant la congélation du nitrate d'argent et du nitrate de sodium {fig. 108, p. 307).
Un exemple particulièrement remarquable, et voisin de ce type, vient d'être étudié par M. Reinders (') ; il est fourni par les alliages des deux métaux suivants :
1, Zinc,
2, Antimoine.
Soient VT}, t3^ les poids moléculaires de ces deux métaux.
Lorsque — * X varie de 0 à 1, le mélange peut laisser déposer quatre espèces de cristaux mixtes distincts, que nous désignerons par les indices 1, 2, 3, 4; à ces quatre espèces de cristaux correspondent quatre courbes de congélation différentes ] c^^ c^, c^, c^\ chacune de ces courbes rejoint la suivante en un point de transition.
-- X croissant de 0 à 0,08, le point de congélation s'élève, sur la courbe Cj, du point de fusion Tq = 232^ de l'étain pur à la température ^j, = 243* du premier point de transition.
~ X croissant de 0,08 à 0,2, le point de congélation s'élève, sur la courbe Cg, de S„ à la température S,, = 310« du deuxième point de transition.
^ X croissant de 0,2 à 0,51, le point de congélation s'élève, sur la courbe Cj, de Cj^ à la température Çjv = *30* du troisième point de transition.
Enfin, ^ X croissant de 0,81 à 1, le point de congélation s'élève.
