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Jean BIGOT : Directeur de recherche CNRS-CECM
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Lire l’articleINTRODUCTION
Au cours de ses recherches relatives à l’effet de la vitesse de trempe sur les limites de solubilité des alliages binaires P. Duwez [1] a découvert les matériaux métalliques amorphes. La première publication date de 1960. La matière à l’état amorphe était déjà connue depuis longtemps puisque c’est l’état structural des verres usuels élaborés par refroidissement naturel de mélanges d’oxydes fondus, mais c’était la première fois que l’état amorphe était obtenu par refroidissement de composés essentiellement métalliques comme Au75 Si25 . Les propriétés de ces nouveaux matériaux ont été rapidement identifiées, leur originalité a initié un grand nombre de recherches fondamentales et appliquées.
La production de cette nouvelle classe d’alliage s’est principalement développée à partir des techniques de trempe rapide où les vitesses de refroidissement sont évaluées à quelque 106 oC/s. Dans les premiers temps, le « splat-cooling » fut utilisé. Par cette méthode d’élaboration de nombreuses compositions amorphisables ont été identifiées. La découverte de la méthode de préparation par « melt-spinning », méthode de production en continu, a favorisé le développement des travaux de recherche, en mettant des échantillons à la disposition des laboratoires. Cette méthode de trempe rapide ayant été appliquée à de nombreux alliages, de nouvelles compositions amorphisables, de nouvelles phases, cristallines ou microcristallines ont été identifiées. Les phases icosaédriques ont été découvertes dans les alliages Al-Mn traités par trempe rapide. La phase Fe14 Nd2 B, phase magnétique de la nouvelle génération d’aimants permanents est également issue d’alliages trempés rapidement.
Du fait des propriétés particulièrement séduisantes de certains alliages, les méthodes de production ont été développées à l’échelle pilote puis à l’échelle industrielle. C’est le cas du « melt-spinning » pour la fabrication des renforts pour béton et des alliages pour aimants permanents et du flot planaire pour les alliages magnétiques doux, matériaux concurrents des Fe Si orientés, des Fe Ni et des ferrites. Ces machines sont dotées d’une forte productivité, les rubans défilent à quelque 20 m/s, et assurent la mise en forme directe des bandes à partir de l’état liquide.
Nous nous proposons de rappeler les caractéristiques essentielles de l’état amorphe, de donner les principales compositions d’alliages métalliques amorphes, leurs méthodes d’élaboration, leurs propriétés, leurs applications.
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Méthodes de préparation des matériaux métalliques amorphes3. Propriétés des matériaux amorphes
3.1 Densité
De nombreuses mesures de densité ont été faites par les méthodes classiques. Les résultats sont essentiellement utilisés dans les calculs structuraux 1 et pour les mesures de grandeurs physiques où intervient la section des rubans. Dans ce cas, on préfère souvent calculer la section des rubans à partir de la densité plutôt que de la mesurer directement du fait des irrégularités de surface.
La différence de densité entre un alliage amorphe et le même alliage cristallisé est difficile à évaluer. Pour certains auteurs les densités sont identiques mais pour d’autres la différence peut être de l’ordre de 2 %, les matériaux cristallisés étant plus denses (Zedler [13]). L’élévation de densité à la suite de traitements thermiques de relaxation est également difficile à déterminer. Elle est de l’ordre de 0,15 à 0,2 % selon le mode d’élaboration [10].
Les variations de densité en fonction de la composition sont linéaires. Toutefois pour le système Fe-B une anomalie est identifiée vers 20 at% en bore.
HAUT DE PAGE3.2 Résistivité
La résistivité des matériaux amorphes est plus élevée que celle des matériaux cristallins. À la température ambiante les valeurs sont généralement supérieures à 100 µΩ · cm (K.V. Rao [11]). La résistivité à basse température est également importante. Le coefficient de température est faible, souvent inférieur à 10–4 K–1. Cela est attribué à la diffusion des électrons de conduction par les atomes dans la structure désordonnée. Certaines compositions présentent un coefficient de température négatif,...
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