2.4 Techniques de caractérisation
3.1.3 Alliage 2618-T851
3.1.3.1 Microscopie Électronique à Balayage (MEB)
La micrographie de surface de cet alliage est présentée sur la Figure 3.7. La densité des particules intermétalliques est très importante à la surface de ce matériau. Contrairement à l’alliage 2024, un seul type de particules grossières a été détectée, riches en aluminium, en fer, en nickel et, dans une moindre mesure, en silicium.
La cartographie X de cet alliage (Figure 3.8) confirme l’homogénéité chimique des particules intermétalliques grossières présentes à la surface. A de rares endroits le cuivre est enrichi et le magnésium se trouve uniquement en solution solide dans cet alliage. Il est intéressant de noter que le silicium est très enrichi dans certaines zones où l’on observe des “trous” à la surface en microscopie MEB, peut être témoins de régions où les particules semblent avoir été déchaussées d’après l’image en électrons secondaires. Quelques auteurs recensent la formation de silicium sur la surface de cet alliage, et ces régions pourraient en être la preuve [19]. Cependant elles n’ont pas été détectées sur tous les échantillons analysés. Une autre possibilité serait le déchaussement des particules intermétalliques grossières lors du polissage au carbure de silicium, et l’enrichissement sélectif en silicium, bien que cela semble moins probable.
Figure 3.8 – Cartographie X de l’alliage 2618-T851
Il est intéressant de constater sur les cartographies effectuées que le cuivre et le silicium semblent être légèrement plus présents dans les phases riches en nickel et en fer (d’après un léger contraste d’intensité au niveau de ces phases). Il est possible que localement des atomes de cuivre ou de silicium puissent substituer le fer ou le nickel contenu dans les particules intermétalliques, comme il a été montré pour d’autres types de particules sur des alliages de la série 2000 [37, 122].
3.1. CARACTÉRISATION DES MATÉRIAUX
L’analyse EDX de ces différentes particules a permis de déterminer la composition chimique moyenne de ces phases : la stœchiométrie de la phase AlFeNiSi correspond à AlFe0,1Ni0,1Si0,01. Ces moyennes ont été effectuées sur au moins 4 particules de même type. La faible teneur en silicium mesurée dans ces particules suppose que celui-ci provient probablement de la matrice environnante ou que la solubilité du silicium dans la phase intermétallique AlFeNi n’est pas nulle. Ces particules peuvent donc être assimilées à un composé de type AlFeNi.
3.1.3.2 Diffraction des Rayons-X (DRX)
Le diffractogramme obtenu est présenté dans la Figure 3.9. Comme pour le 2024, les intensités des raies correspondant aux phases intermétalliques sont peu intenses. On observe cependant que les raies les plus intenses (hors celles de l’aluminium) correspondent à la phase Al2Cu (fiche 01-074-7053), ce qui suppose sa présence sous forme de précipités durcissants, et aux phases ternaires Al-Fe-Ni (fiches 04-016-4983 et 00-042-1042). La phase Al9FeNi est bien connue comme étant la phase prépondérante dans ces alliages [5, 18, 19] et est très proche de la stœchiométrie trouvée par analyse EDX.
3.1.3.3 Caractérisation chimique de surface par XPS
Contrairement à l’alliage 2024, beaucoup d’éléments d’alliage ont pu être identifiés à la surface de l’alliage 2618. Outre l’aluminium, l’oxygène, le carbone et le cuivre, du magnésium et du nickel ont été détectés. Cependant, les pics associés à ces éléments sont de faibles intensités, traduisant une teneur faible en surface.
130 125 120 115 1000 2000 3000 4000 Al3+ Inte nsité (CPS )
Energie de liaison (eV) Al0 Cu 3s 960 955 950 945 940 935 930 3500 4000 4500 5000 Inte nsité (CPS )
Energie de liaison (eV) Cu2p1/2 Cu2p3/2 1310 1308 1306 1304 1302 1300 6000 6200 6400 6600 6800 7000 Inte nsité (CPS )
Energie de liaison (eV)
540 535 530 525 0 10000 20000 30000 Inte nsité (CPS )
Energie de liaison (eV) OH- + C-O + C=O O2- (Al2O3) 295 290 285 280 2000 4000 6000 Inte nsité (CPS )
Energie de liaison (eV) CO 2-3 C=O C-O C-C général Al2s Cu2p C1s O1s Mg1s Ni2p 1200 1000 800 600 400 200 0 0,0 5,0x104 1,0x105 1,5x105 2,0x105 2,5x105 3,0x105 3,5x105 C Auger Mg Auger Mg1s Int en si té (CPS)
Energie de liaison (eV)
O Auger Cu2p O1s C1s Al2s Al2p O2s 875 870 865 860 855 850 845 2850 2900 2950 3000 3050 3100 3150 3200 3250 3300 Inte nsité (CPS )
Energie de liaison (eV) Ni2p1/2
Ni2p3/2
Figure 3.10 – Spectres XPS obtenus sur l’alliage 2618 (général, Al 2s, Cu 2p, Mg 1s, Ni 2p, O 1s et C 1s)
La décomposition du spectre de l’aluminium est similaire à celle de l’aluminium pour l’alliage 2024.
Le spectre du cuivre pour les photoélectrons issus de l’orbitale 2p3/2 présente un doublet aux énergies de liaisons de 932,5 eV et de 934,3 eV. La première valeur pourrait correspondre au cuivre métallique présent sous la couche d’oxyde et la seconde à un hydroxyde de cuivre Cu(OH)2 [123, 124] contenu dans la couche d’oxyde. Cependant, la faible intensité du spectre Auger du cuivre, due à la très faible intensité détectée
3.1. CARACTÉRISATION DES MATÉRIAUX
%at.(Al3+) %at.(O2−) %at.(Cu) %at.(Mg)
22,7 76,1 0,6 0,6
TABLEAU 3.1 – Composition de surface de l’alliage 2618 par XPS
pour cet élément, rend impossible son exploitation et ne nous permet pas d’affirmer ce résultat avec certitude.
Le spectre du magnésium (Mg 1s) présente un pic large à une énergie de liaison de 1303,5 eV. Il est associé à du magnésium sous forme métallique et/ou oxydé [125–127].
Le nickel (Ni 2p) présente un doublet de très faible intensité correspondant aux photoélectrons issus des orbitales 2p3/2 et 2p1/2. La valeur de l’énergie de liaison du pic Ni 2p3/2 à 853 eV est associée à du nickel métallique sous la couche d’oxyde [128, 129].
Enfin, l’oxygène et le carbone présentent des spectres XPS analogues à ceux obtenus sur l’aluminium pur et sur l’alliage 2024.
D’un point de vue quantitatif, la composition de la surface a été déterminée en supposant une surface homogène, et est répertoriée dans le Tableau 3.1. Le carbone de contamination ainsi que l’aluminium métallique et le nickel n’ont pas été pris en compte dans ce calcul. Ce modèle suppose, en première approximation, que le cuivre et le magnésium sont oxydés et donc présents dans la couche d’oxyde en surface. Ces valeurs seront utiles dans la suite de ce mémoire pour étudier l’influence des prétraitements. Il est cependant complexe de donner la stœchiométrie des différentes espèces présentes à la surface de l’alliage 2618, de nombreuses hypothèses ayant été faites pour donner les concentrations atomiques à la surface (décompositions des signaux de l’oxygène O 1s et du carbone C 1s, degrés d’oxydation du magnésium et du cuivre). Pour ces raisons, l’analyse stœchiométrique n’a pas été réalisée à la surface des alliages.
On remarque que l’aluminium Al3+ est le cation largement majoritaire à la surface par rapport au magnésium, cuivre et nickel. En prenant la même approximation que pour l’alliage 2024, à savoir que l’oxyde d’aluminium est le composé largement majoritaire, l’épaisseur de cet oxyde a été calculée comme préalablement et est égale à 3,4 nm. Cette
valeur est légèrement inférieure à celle trouvée sur l’alliage 2024 et sur l’aluminium pur, sans que cela puisse être expliqué.