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Lors du soudage-diusion, la mise en contact de matériaux de nature chimique diérente peut

entraîner le passage progressif des atomes de l'un des matériaux vers l'autre. L'interdifusion

va dépendre de la température, du temps de maintien à cette température et de la capacité

de diusion des atomes. Suivant les éléments en présence, ils peuvent réagir entre eux et ainsi

former des composés intermétalliques à l'interface. Les diagrammes de phase nous renseignent

quant aux composés pouvant se former en fonction des concentrations des éléments. Le

soudage-diusion de l'aluminium avec le magnésium peut par exemple conduire à la formation d'une

couche interfaciale entre les deux matériaux composée des phases intermétalliques M g

17

Al

12

,

MgAl et M g

2

Al

3

[Juan et al., 2008].

Si l'on regarde les diagrammes de phase correspondants à chaque couple possible des

élé-ments présents dans le verre métallique et l'AZ31 (Mg-Al, Mg-Zr, Mg-Cu, Mg-Ni et Mg-Ti), on

remarque qu'entre 683 K et 703 K aucun des éléments présents dans le verre D n'est soluble

dans le magnésium sauf l'aluminium ayant une solubilité maximale de 11 at% à 710 K. Cela

tend à montrer que les éléments du verre D ne vont pas avoir une grande force d'attraction

pour aller diuser dans l'alliage de magnésium. En revanche l'aluminium présent dans le verre

D peut diuser dans l'alliage de magnésium. La précipitation de la phase M g

17

Al

12

nécessite

un enrichissement en aluminium dans l'AZ31 de 9% à 673 K et 10% à 703 K. La diusion de

telles quantités d'aluminium ne nous paraît pas atteignable compte tenu du temps de mise en

contact des matériaux durant les essais de co-pressage.

L'aluminium présent dans le verre D paraît donc être l'élément le plus propice à la

diu-sion. En supposant que les atomes d'aluminium diusent eectivement dans l'AZ31 durant nos

essais de co-pressage, on peut calculer la longueur théorique de diusion. Ce calcul nécessite

de connaître le coecient de diusion de l'aluminium dans le magnésium donné par l'équation

III.19 [Zhu et al., 2010].

D

Al/M g

= 1,2.10

3

exp

−143449

RT

(III.19)

La longueur de diusion peut ensuite être approximée par la loi de Fick donnée équation III.20.

l=√

Dt (III.20)

avecl la longueur de diusion recherchée,Dle coecient de diusion approprié ettle temps de

diusion.

III.4. Analyse quantitative aux interfaces

En considérant que la diusion débute lorsque l'on entame le co-pressage à proprement parlé, le

temps de diusion est donc de 2000 secondes et les valeurs des longueurs de diusion suivant la

température de co-pressage sont reportées dans le tableau III.16.

T

copressage

(K) 683 693 703 713

Longueur de diusion (µm) 5,1 6,1 7,3 8,7

D

Al/M g

(m

2

.s

1

) 1,3.10

14

1,8.10

14

2,7.10

14

3,8.10

14

Tableau III.16 Coecients de diusion de l'aluminium dans le magnésium à diérentes températures

et longueurs de diusion calculées pour un temps de 2000 s.

Ces longueurs importantes de diusion devraient donc être mesurables par des analyses

quanti-tatives. Ce type de calcul est dicilement faisable dans le cas des verres métalliques car il n'y

a pas de valeur disponible dans la littérature du coecient de diusion de l'aluminium dans le

verre D. Cependant les valeurs des coecients de diusion de plusieurs éléments ont pu être

mesurées dans le cas du Vitreloy 4 (voir section I.1.1.5, page 6). On peut noter que ces valeurs

sont généralement faibles pour des températures supérieures à 670 K, par exemple l'ordre de

grandeur des coecients de diusion dans le Vitreloy 4 est de ≈1.10

18

m

2

.s

1

.

An de mettre en évidence si il y a eu diusion des éléments de part et d'autre de l'interface

verre D/AZ31, et en particulier de l'aluminium dans l'AZ31, nous avons réalisé plusieurs types

de mesure que nous allons exposer.

Une des méthodes de mesure d'un prol de diusion, relativement aisée à mettre en place,

consiste à mesurer la composition le long de l'interface AZ31/verre D au MEB. L'inconvénient

étant que la poire d'interaction du faisceau à 20 keV est de l'ordre du µm

3

, ce qui limite la

pré-cision de la mesure et empêche également de détecter la diusion d'éléments sur des longueurs

inférieures à quelques microns. An d'avoir une mesure plus précise, une lame mince de

l'inter-face AZ31/verre D d'un des stratiés élaborés sous vide a été préparée au FIB puis analysée

au MEB-FEG. Le faisceau du MEB-FEG, également de 20 keV, traverse alors la lame mince

permettant ainsi de diminuer considérablement la zone analysée de l'échantillon.

La gure III.25.a montre la zone de prélèvement de la lame au niveau de l'interface verre

D/AZ31 découpée au FIB. Celle-ci a ensuite été amincie progressivement jusqu'à obtenir une

lame mince avec une épaisseur d'environ 180 nm (gure III.25.b).

Verre D’’ AZ31

(a)

AZ31

verre D’’

(b)

Figure III.25 Découpe d'une lame au niveau de l'interface verre D/AZ31 au FIB (a). Fixation de

celle-ci sur un support après prélèvement (photo du haut) et lame mince nale (photo du bas) (b).

On remarque que, bien que l'amincissement se fasse au FIB, on décèle une marche au niveau de

l'interface verre D/AZ31 qui pourrait compliquer les analyses des prols de diusion.

Dans le but de valider la précision de la mesure nous avons analysé une particule de Mn présente

dans l'AZ31. La taille de cette particule est de l'ordre de 50 nm dans la direction que nous avons

analysée. Une image de la particule ainsi que la ligne d'analyse sont présentées gure III.26.a et

le prol de composition est donné gure III.26.b.

(a)

Mn

(b)

Figure III.26 Analyse d'une particule de Mn présente dans l'AZ31 ainsi que le prol suivi (a). Prol

obtenu de la composition aux alentours de la particule de Mn (b).

III.4. Analyse quantitative aux interfaces

particule ce qui conrme que la précision de mesure n'est pas limitée par l'analyse de

compo-sition mais sera uniquement limitée par la présence de la marche déjà mentionnée à l'interface

verre D/AZ31.

Le résultat de l'analyse de composition au passage de l'interface AZ31/verre D d'un co-pressé

sous vide est donné gure III.27.

Mg

Zr

Cu

Figure III.27 Prol de diusion au passage de l'interface AZ31/verre D mesuré au MEB-FEG sur la

lame mince d'un stratié élaboré sous vide.

L'analyse conrme la non diusion dans l'alliage d'AZ31 d'éléments tels que Zr ou Cu au niveau

de l'interface. Le prol du magnésium semble toutefois montrer une légère augmentation du côté

du verre métallique avant le passage de l'interface mais il reste dicile de conclure.

Malheu-reusement, le support de l'échantillon étant en aluminium il n'a pas été possible de mesurer

correctement au MEB-FEG la concentration chimique en aluminium à l'interface.

En utilisant un faisceau de 5keV au MEB, la poire d'interaction dans l'AZ31 est alors de

0,4 µm, compte tenu des longueurs de diusion théoriques de l'aluminium dans le magnésium

calculées qui sont de plusieurs microns (tableau III.16), on peut donc avoir une bonne précision

de mesure en microanalyse X du prol de diusion de l'aluminium. Nous avons réalisé une

moyenne de trois prols de diusion à l'interface verre D/AZ31, d'un stratié sous vide, donnée

gure III.28 (les courbes en pointillés indiquent les intensités maximum et minimum en chaque

point de mesure).

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

In

te

n

sité

Distance (µm)

verre D’’ AZ31

Figure III.28 Prol de diusion de l'aluminium au passage de l'interface verre D/ AZ31 d'un co-pressé

sous vide mesuré au MEB avec un faisceau de 5 keV.

Ce prol de diusion semble donc révéler une longueur de diusion d'environ 4µmde l'aluminium

présent dans le verre D dans l' AZ31. Cette valeur est de plus en bon accord avec la valeur

théorique de longueur de diusion de l'aluminium dans le magnésium calculée à 683 K qui est

de 5,1µm (voir tableau III.16).