a.2. Analyse de la composition

Pour l’alliage AZ91D coulé sous pression, les clichés de microscopie électronique à balayage obtenus en mode électrons rétrodiffusés (Figure III.4) mettent en évidence des phases α (sombres) et β

différentes phases obtenues grâce à la microsonde électronique de Castaing sont reportées dans le Tableau III.1.

(a) image en mode BSE (b) image X de Mg (c) image X de Al

Figure III.4 : image BSE et hies X réal

cartograp isées à la

microsonde de Castaing pour l’alliage AZ91D coulé sous

pression.

(d) image X de Zn (e) image X de Mn

Tableau III.1 : composition (WDS) de l’alliage AZ91D coulé sous pression.

Mg %at. Al %at. Mn %at. Zn %at. Observations

96,91 ± 0,05 3,01 ± 0,07 - 0,08 ± 0,01 α_primaire cœur 90,76 ± 0,32 9,04 ± 0,32 - 0,20 ± 0,03 αeutectique cœur 66,92 ± 0,09 31,29 ± 0,20 0,09 ± 0,01 1,69 ± 0,12 β + α cœur 96,70 ± 0,24 3,43 ± 0,03 - 0,08 ± 0,02 α_primaire surface 67,47 ± 0,53 30,71 ± 0,54 - 1,82 ± 0,03 β + α surface 1,11 ± 0,03 58,95 ± 0,37 39,84 ± 0,38 - MnAl + α

- inférieur au seuil de détection de l’élément

Cependant, la petite taille des phases rend difficile l’analyse par la microsonde de Castaing. Parallèlement aux analyses microstructurales et afin de tenter d’identifier une éventuelle accumulation d’une phase par rapport à l’autre entre la peau et le cœur de l’AZ91D, la composition en aluminium a été déterminée à l’aide des clichés de diffraction de rayons X enregistrés pour cet alliage en surface et à

diff n

qui con

- ente des raies assez fines, et ses paramètres de maille, déterminés par

ére tes profondeurs sous la peau. La Figure III.5 montre que les raies (100) et (002) sont dédoublées, ce firme la présence de deux solutions solides de magnésium :

la première solution solide prés

affinement Rietveld sont proches de ceux du magnésium pur (cf. chapitre I.1.2). Cette phase correspond à la phase αprimaire,

-it. Cette solution solide, présentant des paramètres de mailles a et c

er que le diffractogramme de la

surface brute de l’AZ91D révèle une très forte orientation selon l’axe c. D’ s

caractéristiques de la phase β ne varie pas au cours des différentes mesures

les raies de la seconde solution solide sont plus larges et décalées par rapport aux raies du magnésium pur, à cause de la substitution en plus grande proportion du magnésium par l’aluminium, de rayon atomique plus pet

inférieurs à ceux de la solution solide précédente, correspond à la phase α se formant à la température de l’eutectique.

Ces deux solutions solides sont observées quel que soit l’état de surface de l’échantillon et aucune différence n’est à noter concernant la position des pics. En revanche, les rapports d’intensité des raies relatives à chaque phase évoluent en fonction de la profondeur de l’alliage. En effet, la surface brute semble présenter davantage de solution solide eutectique. Puis, lorsque l’on pénètre dans l’échantillon, ce rapport s’inverse et croit progressivement en faveur de la phase αprimaire. Il est également à not

un autre côté, l’intensité des pic .

Figure III.5 : évolution des raies (100) et (002) des solutions de Mg présentes dans l’AZ91D coulé sous

pression, en fonction de la profondeur par rapport à l’extrême

surface.

D’après la courbe de calibration (cf. Figure II.2 portion d’aluminium contenue dans ces

différentes solutions solides a pu être dé relat s paramètres de maille

déterminés : ces derniers décroissent lorsque la teneur en aluminium e qui est en accord avec la

taille des rayons atomiq ,9 Al = 1 m3 3). Et à chaque proportion d’aluminium

s’est avérée être très proche e déterm ar la onde taing ableau III.3).

Tableau III.2 : paramètres de maille (Å) des deux solutions solides de Mg présentes dans l’alliage AZ91D coulé ), la pro

duite. Elle est en ion directe avec le augmente, c

ues (RMg = 159 pm, R 43,2 p fois la

de cell inée p micros de Cas (cf. T

sous pression, en fonction de la profondeur par rapport à l’extrême surface.

AZ91D

1^ère solution solide 2^ème solution solide

a c a c

Surface brute 3,201 5,203 3,183 5,178

5 µm 3,201 5,201 3,182 5,176

Ta a

présentes dans l’alliage

ble u III.3 : pourcentage massique d’aluminium contenu dans les différentes solutions solides de magnésium AZ91D coulé sous pression. Comparaison entre les résultats obtenus suite à l’affinement

Rietveld ou avec la microsonde de Castaing.

Alliage Solution Solide ^Affinement

Rietveld Microsonde de Ca taing s α_primaire ≈ 3% 3 à 3,5 % AZ91D α_eutectique 8 à 9% ≈ 9% Globalem nt, -inium cette phase,

a ire d’interaction du faisceau d’électrons de la microsonde de Castaing : par conséquent, nous mesurons plutôt une zone diphasée

β/α

es analyses élémentaires de l’extrême surface (quelques nanomètres) ont été réalisées par spectroscopie XPS. Le Tableau III.4 met en évidence la présence de silicium dans la peau de l’alliage (impureté pouvant provenir des moules métalliques dans lesquels l’alliage a été coulé), mais aussi d’azote (dont l’origine est très probablement atmosphérique), et ce, contrairement au cœur de l’alliage qui ne

plus importante en ce qui concerne la peau, de l’ordre de 67 %at., contre 30 %at. pour le cœur. Au contraire,

le pourcentage en oxygène de l’alliage (e 40 %

%at. pour la peau), mais cela peut s’expliquer par ormation d’hydroxydes lors du polissage sous eau.

e l’alliage se compose de quatre phases :

deux solutions solides de magnésium α, qui se différencient par leur composition en aluminium. La solution solide αprimaire contient entre 3 et 4 %at. d’aluminium, et semble très légèrement plus riche en alum près de l’extrême surface par rapport au cœur des alliages. Par contre, la phase αeutectique, présente principalement aux joints de grains, est enrichie jusqu’à 9 %at. en aluminium. Enfin, le zinc n’est présent qu’à l’état de trace dans

- la phase β (Mg17Al12) est modifiée par ajout de zinc (de l’ordre de 1,5 %at.), ce qui est en accord avec le diagramme ternaire MgAlZn (Figure I.13), puisque la solubilité du zinc peut atteindre jusqu’à 8 %at. dans la phase β. Ce résultat est cependant à prendre avec précaution du fait de la taille du précipité intermétallique Mg17Al12 inférieure au diamètre de l po

eutectique. Enfin, aucune variation importante de la teneur en aluminium n’est à noter en fonction de la localisation de la phase β, cette dernière ayant à peu près le même pourcentage d’aluminium près de la surface ou au cœur de l’alliage,

- enfin, le manganèse est principalement localisé dans une phase intermétallique, dont la composition est très proche de Al3Mn2. Ce composé n’apparaît cependant pas dans le diagramme binaire Mn-Al mais il se positionne dans le domaine étendu de la phase intermétallique MnAl de structure cubique centrée, qui a une concentration en Mn comprise entre 32 et 50 %at.3 3.

L

présente aucun de ces deux éléments. La proportion de carbone, provenant de l’atmosphère, est également

est plus élevé quand il s’agit du cœur nviron at.

mécanique , contre 21 la f

Tableau III.4 : compositions atomiques de l’extrême surface pour l’AZ91D coulé sous pression déterminées par XPS, pour des états de surface différents.

Alliage Mg %at. Al %at. Zn %at. O %at. N %at. C %at. Si %at.

AZ91D Peau 5,6 1,4 0,2 21,4 1,6 67,5 2,3

AZ91D Cœur 17,7 1,4 0,7 49,9 - 30,3 -

- étecté

Les résultats pré été obtenu e et e de 0,21 mm²

Les analyses XPS per ment de confirmer l’enrichisse minium de la

peau de l’alliage (Tableau III.5). Nous pouvons en effet noter un rapport Mg/Al très faible pour l’AZ91D

dans des conditions de uit une fois de plus la plus forte présence d’aluminium près de la

surface de cet alliage coulé sous pression, en comparaison avec son cœur.

Tableau III.5 : rapports Mg/Al AZ91D coulé sous

pression et pour des conditions de surface différentes. Moyenne d’analyses réalisées sur cinq points différents.

élément non d s sans décapage ioniqu

cédents ont pour une surface exposé

mettent égale ment global en alu

peau, ce qui trad

massiques et atomiques déterminés par XPS pour l’alliage

Alliage ^Rapport massique Mg/Al Rapport atomique Mg/Al AZ91D Peau 2,4 2,7 AZ91D Cœur 11,1 12,4