Ségrégation (matériau)

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La ségrégation est la formation d'une hétérogénéité dans la composition chimique qui se produit lors du refroissement d'un alliage, par solidification ou lors d'un traitement thermique[1]

Ségrégation lors d'une solidification[modifier | modifier le code]

Diagramme binaire de solidification hors équilibre.
Bulles d'air au cœur d'un glaçon

Lorsqu'un mélange ou un alliage solidifie, la température évolue au cours de la solidification, à l'exception des eutectiques. Le diagramme binaire (mélange de deux corps purs A et B ; ci-contre), montre que la solidification commence à la température du liquidus, mais le premier cristal formé correspond au solidus pour cette température (le solidus donnant la composition d'équilibre solide-liquide). La composition chimique de ce cristal n'est donc pas la même que celle du liquide ; le cristal est plus riche en A (du A « plus pur ») et le B est « rejeté » dans le liquide. Les cristaux formés en fin de solidification sont eux plus riches en B (composition finale du liquide).

La solidification commençant habituellement sur les bords plus froids et porteurs de défauts et impuretés, les bords sont plus riches en A et le cœur plus riche en B. Le gradient de composition chimique résulte de la ségrégation.

L'exemple le plus commun de ségrégation est la présence de bulles d'air au cœur des glaçons : l'air dissout dans l'eau est rejeté au fur et à mesure de la solidification.

Article détaillé : Solidification.

Ségrégation intergranulaire[modifier | modifier le code]

Lorsqu'un solide est chauffé sans aller jusqu'à la fusion, l'agitation des atomes augmente, et de ce fait leur mobilité. Outre la diffusion aléatoire, les atomes peuvent aussi se mouvoir selon un gradient de potentiel chimique : l'espèce chimique (atome ou ion) est soumise à une force Fc :

à une dimension, ou de manière générale

.

En particulier, le potentiel est différent au cœur d'un cristal et dans les interfaces : surfaces libres et joints de grain. Ceci s'interprète sous l'angle de l'espace libre : les interfaces sont des défauts dans l'empilement qui laissent des espaces dans lesquels peuvent se loger les atomes. Il se réalise donc une concentration d'impuretés et d'éléments d'alliage plus importante aux interfaces qu'au cœur des cristaux. On parle de ségrégation intergranulaire ou surfacique.

Article détaillé : Traitement thermique.

Références[modifier | modifier le code]