La résistivité électrique est conditionnée par une mobilité plus ou moins aisée des électrons. La vibration thermique du réseau (ou diffusion due aux phonons) comme la présence de défauts cristallins (atome de soluté, lacunes, dislocations, joints de grains) sont à l’origine d’une modification de la conductivité électrique de l’alliage (Partie A-§ I-1.4).
Le suivi de l’évolution de la résistivité électrique en température permet d’être informé sur les modifications microstructurales du matériau. Ainsi, dans le cas de l’alliage CuNi15Sn8 F.C.T, la variation de la résistivité électrique en fonction de la température à partir d’un état filé trempé présente trois étapes distinctes(Figure 68).
Lors de la montée en température depuis l’ambiante (stade I), la résistivité électrique varie proportionnellement avec la température jusqu’aux environ de 400°C. Cette évolution s’explique par la prédominance du terme dû aux phonons exprimée dans la loi de Matthiessen :
ρ=ρph+ρimp
Où ρimp et ρph sont les influences imputées respectivement aux phonons et aux impuretés sur la résistivité électrique.
Au delà de 780°C (stade III), la résistivité électrique évolue de façon similaire en fonction de la température et quasiment parallèlement à la courbe du premier stade. L’évolution de la résistivité électrique liée à la présence de nouveaux défauts cristallins générée par la précipitation ou la dissolution de phase n’a donc plus court. Ce résultat est cohérent avec la littérature puisque selon le digramme pseudo binaire CuNi15Sn, l’alliage de l’étude pourrait bien être monophasé α à partir de 800°C (§ I-1.2 et Partie A-§ II-1).
Entre ces deux étapes, une dérive par rapport au comportement linéaire de la résistivité électrique en fonction de la température est observée. Les changements de pente observés sont attribués à la mise en solution ou à la dissolution des phases en présence.
Lors du refroidissement de l’alliage, la résistivité électrique a un comportement identique à celui observé lors de la chauffe (stade III) jusqu’à 780°C. A partir de cette température (stade II), des changements de pente plus significatifs qu’à la chauffe sont observés. La diminution de la résistivité électrique est étagée, et à chaque palier peut être associé une transition de phase à l’état solide. Ainsi, la séquence de transformation α →γ-D03 →γ-D03 (discontinue) → L12+D022 peut être décrite à partir du suivi de la résistivité électrique lors du refroidissement avec des écarts de températures de transition n’excédant pas 10°C en comparaison avec les données de la littérature.
La superposition de la courbe du suivi de la résistivité électrique avec le signal d’A.T.D enregistré avec une rampe de vitesse identique révèle qu’aux sensibles modifications de la conductivité électrique ne sont associés qu’une légère déviation du signal de base du signal d’A.T.D. De cette dernière technique aucune séquence de transformation précise ne peut donc être établie dans le cadre de l’étude de l’alliage CuNi15Sn8.
I
II
III
Figure 68: Superposition de la courbe de résistivité électrique anisotherme et du signal d'A.T.D obtenus sur l’alliage
CuNi15Sn8 ( enregistrements réalisés pour une rampe de chauffe et de refroidissement de 10°C.min-1). Distinction des
transformations de phase à l’état solide à partir du diagramme T.T.T du CuNi15Sn8 [1998ZHA].
En conséquence, le suivi de la résistivité électrique est une puissante technique d’étude de la décomposition d’une solution solide sursaturée.
Ainsi, après avoir testé son efficacité sur l’alliage CuNi15Sn8, la même expérience a été menée dans le cas de l’alliage CuNi6Si1.8Cr pour tenter de déterminer les conditions d’apparition de la phase possédant une structure cristallographique proche de β1-Ni3Si. Afin de gagner en clarté cette dernière phase sera dénommée β’1-Ni3Si dans tout le reste du document.
L’allure générale de la courbe de la résistivité électrique du CuNi6Si1.8Cr à partir d’un état traité à 1000°C pendant deux heures se caractérise comme dans le cas de l’alliage CuNi15Sn8 par une augmentation linéaire de la résistivité électrique en fonction de température entre 25°C et 440°C (Figure 69). Jusqu’aux environs
de 980°C, la courbe de la résistivité électrique s’écarte légèrement de la linéarité en température signe d’une réaction de dissolution.
A partir de 980°C, la pente de la résistivité électrique change brutalement jusqu’à la température de consigne maximale où un maintien en température de quelque minutes a été programmé. A cette température correspond le pic endothermique observé sur la courbe d’A.T.D lors d’une chauffe à 10°C.min-1.
Par contre, au refroidissement, l’évolution de la résistivité électrique du CuNi6Si1.8Cr diffère significativement de celui observé à la chauffe (Figure 70). En effet, avant qu’un comportement linéaire et parallèle ne s’instaure comme dans le cas de l’alliage CuNi15Sn8, deux décrochements successifs sont observés. Le premier correspond à une diminution de la résistivité électrique par rapport à une ligne de base tracée parallèlement à celle obtenue à la chauffe et le second à une augmentation. Ce phénomène a été observé non seulement au cours de deux cycles d’essais identiques mais aussi au cours de cycle dont la vitesse de chauffe et de refroidissement était quatre fois plus rapide (Figure 71).
La diminution excessive de la résistivité électrique au cours du refroidissement peut être attribuée à la précipitation de la phase β’1-Ni3Si. L’augmentation de la résistivité électrique qui suit peut alors être associée à sa dissolution. Le signal d’A.T.D ne semble mettre en évidence que la réaction de précipitation à haute température.
En poursuivant le refroidissement, la nouvelle chute de la résistivité électrique aux environs de 806°C peut être interprétée comme résultant d’une réaction de précipitation. D’autre part, cette variation est corrélée à la transformation irréversible qui est observée sur les thermogrammes lors des refroidissements de l’alliage. L’irréversibilité du phénomène peut d’ailleurs être confirmée en considérant que le comportement de la résistivité électrique est antisymétrique dans cet intervalle de température pour un cycle de chauffe et de refroidissement. Néanmoins, l’étude précédente réalisée sur le CuNi15Sn8 a montré que les réactions semblaient moins accentuées durant la chauffe que lors du refroidissement. La possibilité qu’à cette fluctuation soit associée la précipitation de la phase δ-Ni2Si, phénomène réversible n’est donc pas exclue, bien qu’une étude plus minutieuse soit nécessaire pour confirmer cette hypothèse. A noter d’autre part, que l’apparition de cette phase induit un comportement électrique très similaire à celui associé à la précipitation de la phase γ-D03 de l’alliage CuNi15Sn8.
Figure 69: Superposition des signaux d'A.T.D et de résistivité électrique en condition
anisotherme pour une rampe fixée à 10°C.min-1 et un maintien en température de 10 min
Figure 70: Au refroidissement le comportement de la résistivité électrique du CuNi6Si1.8Cr est différent de celui observé à la chauffe. Un retour linéaire n’est pas observé comme dans le cas du CuNi15Sn8. Deux décrochements apparaissent par rapport à une ligne de base théorique, caractéristiques d’une modification structurale. La formation et la dissolution de
la phase β'1- Ni3Si pourrait à l’origine de ce phénomène.
Vchauffe=Vrefroidisssement=40°C.min-1
Figure 71: Le phénomène de double décrochement ne semble pas être attribué à un artefact expérimental. Ici est représentée la variation de la résistivité électrique anisotherme pour
une rampe de chauffe et de refroidissement fixée à 40°C.min-1 avec un palier de 5 minutes à
1000°C dans le cas de l’alliage CuNi6Si1.8Cr.