Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Maison » Arrangement atomique dans les alliages

Arrangement atomique dans les alliages

1910
Métallurgiste analysant l'arrangement atomique des alliages au microscope en laboratoire.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Les alliages sont classés en fonction de l'arrangement atomique. Dans les alliages substitutifs, les atomes de l'élément soluté remplacent les atomes du solvant dans le réseau cristallin, ce qui est fréquent lorsque les tailles atomiques sont similaires. Dans les alliages interstitiels, les atomes de soluté plus petits, comme le carbone dans le fer, s'insèrent dans les espaces (interstices) entre les atomes de solvant plus grands. Cette différence structurelle détermine fondamentalement les propriétés mécaniques de l'alliage.

La distinction entre les solutions solides substitutives et interstitielles est fondamentale pour la métallurgie physique et la conception des alliages. Le type de solution solide qui se forme est principalement régi par les tailles relatives des atomes du soluté et du solvant. Les alliages substitutifs se forment généralement lorsque les rayons atomiques des deux éléments se situent à environ 15% l'un de l'autre, une règle connue sous le nom de règle du facteur de taille de Hume-Rothery. Lorsqu'un atome de soluté remplace un atome de solvant, il introduit une déformation localisée du réseau, qui entrave le mouvement des dislocations et augmente ainsi la résistance et la dureté du matériau, mais réduit souvent sa résistance et sa dureté. ductilité. Le laiton (zinc dans le cuivre) et le bronze (étain dans le cuivre) en sont des exemples.

Les alliages interstitiels, quant à eux, se forment lorsque les atomes de soluté sont nettement plus petits que ceux du solvant, ce qui leur permet d'occuper les sites interstitiels du réseau cristallin sans déplacer d'atome de solvant. Les atomes interstitiels courants sont l'hydrogène, le bore, le carbone et l'azote. La présence de ces atomes provoque une distorsion importante du réseau cristallin, ce qui constitue un mécanisme très efficace pour bloquer le mouvement des dislocations, conduisant à une augmentation substantielle de la dureté et de la résistance. L'exemple le plus frappant est l'acier, où les atomes de carbone occupent des sites interstitiels dans le réseau du fer. La quantité de carbone et sa localisation, contrôlables par traitement thermique, déterminent les propriétés finales de l'acier, de l'acier ductile à faible teneur en carbone à l'acier dur et cassant à haute teneur en carbone.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Métallurgie

Taper

Principe physique

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • La théorie atomique de John Dalton
  • découverte des structures cristallines par diffraction des rayons X par William Henry Bragg et William Lawrence Bragg
  • concepts de base des mélanges et solutions chimiques
  • premières études métallographiques des microstructures métalliques

Applications

  • conception des aciers à haute résistance (carbone interstitiel dans le fer)
  • création de laiton résistant à la corrosion (zinc de substitution dans le cuivre)
  • développement de l'argent sterling pour la durabilité (cuivre de substitution dans l'argent)
  • formulation d'éléments chauffants en nichrome (nickel et chrome de substitution)

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • alliages à gradient avec des rapports interstitiels/substitutionnels contrôlés à travers le matériau
  • alliages autolubrifiants avec des éléments interstitiels qui diffusent vers la surface sous contrainte
  • alliages à dilatation thermique réglable par mélange de solutés interstitiels et de substitution
  • ‘smart’ alloys where interstitial atoms can be moved by an electric field to change properties
  • alliages interstitiels à haute entropie pour applications à températures extrêmes
  • alliages biocompatibles avec des éléments interstitiels favorisant l'intégration osseuse
  • alliages à mémoire à changement de phase basés sur le mouvement des atomes interstitiels
  • matériaux de stockage d'hydrogène utilisant des métaux avec de grands sites interstitiels
  • catalytic alloys where interstitial atoms modify surface reactivity
  • alliages résistants aux radiations pour réacteurs nucléaires où les atomes interstitiels piègent les défauts
Voir aussi : alliage substitutif, alliage interstitiel, réseau cristallin, solution solide, soluté, solvant, métallurgie, arrangement atomique, déformation du réseau, acier.

Contexte historique

Arrangement atomique dans les alliages

1900
1903-05-10
1910
1910
1910
1910
1920
1900
1903
1906
1910
1910
1910
1920
1920

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

Les images en pleine résolution et les téléchargements sont uniquement disponibles, et 100% gratuits, pour les membres inscrits.