MÉTALLOGRAPHIE Essais physico-chimiques

En métallurgie, les essais physico-chimiques visent à étudier, grâce à l'application des lois physiques, les propriétés physico-chimiques d'un matériau métallique dans des conditions données de milieu et de température. Ces essais présentent un double intérêt théorique et pratique, car ils sont utilisés quotidiennement dans les laboratoires de recherche et dans les entreprises industrielles. La comparaison des résultats que l'on peut tirer de ces essais permet d'améliorer la mise en œuvre des métaux. Cependant, si l'amélioration des techniques existantes entraîne des progrès dans la connaissance des propriétés des métaux, les progrès les plus importants sont bien souvent dus à l'introduction de nouvelles méthodes d'essais.

Il n'est pas possible de dresser une liste exhaustive des techniques physico-chimiques dont dispose le métallurgiste tant elles sont nombreuses et variées. De plus, la distinction entre les différents types d'essais – physiques, chimiques et physico-chimiques – n'est pas nette. C'est plutôt par habitude qu'on fait un choix qui présente donc un caractère arbitraire. La classification proposée par C. Wagner permet de distinguer parmi les principales techniques :

– Les mesures thermodynamiques dont les résultats sont en relation directe avec les équations générales de la thermodynamique ; ainsi, la calorimétrie permet d'atteindre les chaleurs molaires, les entropies molaires standards, les chaleurs de transformation, de fusion et de vaporisation, les chaleurs de réaction, les chaleurs partielles et totales de mélange ; la mesure des pressions de vapeur permet de connaître les vitesses de vaporisation, les mécanismes de vaporisation et de condensation, les chaleurs et les énergies libres de formation et les entropies des espèces gazeuses et condensées ; ces mesures servent encore à déterminer les énergies molaires partielles de Gibbs de mélange et les activités des alliages binaires, ou à composants multiples, déduites de pressions partielles, de forces électromotrices ou d'équilibres, ainsi que les énergies standards de Gibbs de réactions mettant en jeu des métaux, en particulier dans le cas de la formation des oxydes, des sulfures, des nitrures ; enfin elles rendent possible l'étude des équilibres de phases : équilibres entre phases métalliques (une phase solide et une phase liquide), entre une phase métallique et une phase gazeuse et impliquant un phénomène de dissolution du gaz, entre une phase métallique et une phase gazeuse comprenant un composé volatil tel qu'un oxyde, entre une phase solide ou une phase liquide et un laitier, entre une phase métallique solide ou liquide et une solution solide d'oxydes.

– Les mesures cinétiques qui se rapportent à tous les phénomènes évoluant en fonction du temps et, notamment, la diffusion dans les alliages solides et liquides, la diffusion superficielle, la germination, la solidification, les réactions de précipitation, les vitesses de vaporisation, les réactions gaz-métal telles l'absorption ou la désorption faisant intervenir la diffusion des gaz dans les métaux solides ou liquides, les réactions alliage-laitier, la corrosion sèche des métaux à haute température, la corrosion dans les solutions aqueuses ou non.

– Les mesures mixtes comprenant des méthodes variées qui visent à étudier des propriétés essentiellement physiques comme la densité, la viscosité, l'énergie superficielle. En revanche, les propriétés électriques et magnétiques ou encore les propriétés mécaniques sont envisagées à part.

Ces essais considèrent un matériau métallique dans deux situations bien distinctes : d'une part, à l'équilibre (au sens thermodynamique du terme) et, d'autre part, lorsqu'il évolue avec le temps. C'est ce mode de classification qui sera adopté ici pour décrire quelques[...]