Soutenance mémoire
Les alliages Plomb – Cadmium sont connus par le fait que leurs durcissement se fait par une précipitation continue et une transformation discontinue, tandis que les alliages Plomb – Etain présente une précipitation discontinue à faible effet durcissant. Dans les alliages binaires, il y a précipitation du cadmium ou de l’étain. Cette étude est consacrée à déterminer le type de précipitation, et l’intensité du durcissement dans les alliages ternaires Pb-Cd-Sn. Le retour à l’équilibre des alliages Pb-Cd-Sn sursaturés a été étudié par déférentes techniques: dureté, microscopie optique et analyse par diffraction des rayons X. Deux états structuraux ont été considérés: alliages bruts de coulée, et alliages réhomogénéisés .
Plomb et ses alliages
Le plomb et ses alliages comptent parmi les matériaux métalliques les plus anciennement connus et utilisés. En effet, si le plomb ne se rencontre pas à l’état natif, il se laisse aisément extraire de ses minerais. Facile à fondre ou à travailler par déformation, il était déjà employé il y a plusieurs millénaires, comme en témoignent les objets qui, insensibles à la corrosion, sont parvenus jusqu’à nous. La production mondiale de plomb raffiné est d’environs 5 millions de tonnes par an. En 1990, on a produit en France 26000 t de plomb, dont 136800 t à partir de minerais (1ère fusion) et 123200 t à partir de matières plombeuses de récupération (2ème fusion). Les procédés industriels d’élaboration permettent d’obtenir diverses qualités de métal répondant à des besoins variés ; à titre indicatif, signalons que la norme française NF A 55- 105 définit six qualités dont la pureté s’échelonne entre 99,985% et 99,5%. En fait, la majeure partie de la production Française est actuellement constituée de plomb extra-raffiné à 99,985%, contenant au maximum 150 g d’impuretés par tonne, dont 50 g au plus d’impuretés autre que le bismuth .
Propriétés du plomb raffiné
Propriétés physiques
Aspect………………………………gris bleuté
Structure cristalline………………….cubique à face centrées (C.F.C)
Masse atomique…………………….207, 2 g / mole
Nombre atomique……………………82
Température de fusion……………….327, 42 °C
Température d’ébullition sous
101325 Pa (760 mm)…………………1740 + ou – 10 °C
Capacité thermique massique à 20 °C…………0,125 J/g. K
Enthalpie de fusion……………………..22,90 J/g
Coefficient de conductivité thermique :
– à 0 °C……………………………….0,347 W /cm . K
– à 300 °C…………………………….0,310 W /cm . K
Coefficient de dilatation linéique
de 0 à 100 °…………………………..29,3 * 10⁻⁶ K-1
Masse volumique :
– à 20°C…………………………………….11,35 g/cm3
– à 327.4 °C (solide)………………………..11,005 g/cm3
– à 327,4 °C (liquide)……………………….10,686 11,35 g/cm3
Résistivité à 20 °C…………………………………20,65 µΩ.cm.
Certaines propriétés sont exceptionnelles et peuvent être soit recherchés, soit au contraire subies par l’utilisateur. Ainsi, la basse température de fusion est un avantage lorsque le métal est mis en forme par moulage (grilles d’accumulateurs, caractères d’imprimerie, soudure) ; la densité élevée permet de réaliser des masses et des matériaux insonorisant de faible encombrement, mais elle est le plus souvent ressentie comme un inconvénient dans les batteries ; le coefficient de dilatation, deux fois et demie supérieur à celui de l’acier, doit être pris en considération lorsque le métal doit être soumis à des variations de température, surtout s’il est associé à d’autres matériaux [1].
Propriétés mécaniques
Résistance à la rupture par traction à 20 °C :
– à la vitesse de 0,5 mm/min……..…………….13,2 MPa
– à la vitesse de 25 mm/min……….……………11,5 MPa
Limite d’élasticité à 20 °C……………………………1,4 MPa
Module d’élasticité en traction……………………….16700 MPa
Dureté Brinell (bille de 10 mm
chargée à 100 kg pendant 30 s)…………………4
Le plomb pur est particulièrement malléable et peu tenace, et cela d’autant plus que la température s’élève. En outre, il est sujet au fluage ; sa limite d’élasticité (c’est-à-dire, en pratique, son taux de travail maximale) est très inférieure à sa résistance à la rupture. Enfin, recristallisant dès la température ordinaire, le plomb ne s’écrouit pas. Cette particularité facilite sa mise en œuvre par déformation, mais peut aussi l’exposer à un risque de fragilisation sous l’effet des vibrations, même de fréquences faibles [1].
Résistance à la corrosion
Bien qu’il soit peu distant des métaux nobles dans l’échelle des potentiels, le plomb, légèrement électronégatif est loin d’être chimiquement inerte. Or, il présente une résistance remarquable à la corrosion. Cette inertie apparente est due au fait que, dans de nombreux cas, les produits de corrosion forment, à la surface du métal, un film insoluble, imperméable et adhérent qui ralentit ou arrête l’action agressive du milieu environnant. Ainsi, le plomb résiste très bien à l’action des acides sulfuriques, phosphoriques, chromiques, et à de nombreux autres produits chimiques industriels. En revanche, sa résistance est imparfaite vis-à-vis de l’acide nitrique, des hydracides et des acides organiques, ainsi que des bases. Le plomb est pratiquement insensible à la corrosion atmosphérique, grâce à la formation d’une pellicule protectrice d’oxyde, d’hydrate et de carbonate de plomb (et éventuellement de sulfate en milieu industriel). D’une façon générale, les eaux sont également sans effet sur le plomb cependant, une eau aérée et très faiblement minéralisée (moins de 125 p.p.m. masse de salinité totale) peut exercer un effet dissolvant si le métal n’est pas encore revêtu de sa couche protectrice. C’est pourquoi, compte tenu de la toxicité du plomb, ce matériau n’est plus utilisé que de façon exceptionnelle en adduction d’eau potable.
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Table des matières
Introduction Générale
Partie bibliographique
Chapitre I Plomb et ses alliages
I.1. Propriétés du plomb raffiné
I.1.1 Propriétés physiques
I.1.2. Propriétés mécaniques
I.1.3. Résistance à la corrosion
I.1.3.1. Comportement à la corrosion des alliages: Pb-Sn
I.1.4. Toxicité
I.2. Durcissement du plomb
I.2.1. Formation de solution solide
I.2.2. Durcissement par écrouissage
I.2.3. Précipitation au cours du refroidissement
I.2.4. Précipitation au cours de revenu
I.3. Mécanismes de durcissement structural des alliages Plomb-Cadmium-Argent pour grilles de batterie
I.3-1. Préparation des alliages
I.4. Diagrammes d’équilibre des éléments chimiques
constituant des alliages avec le Plomb
I.5. Métallographie des alliages à base du plomb
Chapitre II Accumulateurs Plomb – acide
II.1. Généralités sur les batteries
II.1.1. Différents types de batteries
a. Les batteries Plomb acide
b. Les batteries Nickel – Cadmium ou Nickel – Fer
II.1.1.2. Accumulateurs au Plomb acide
II.1.1.3. Fonctionnement
II.1.1.3.1. Le modèle de PLANTE
II.1.1.4. Théorie de l’accumulateur au plomb La complexité des réactions
II.1.1.4.1. La décharge
a. Réaction à la plaque positive
b. Réaction à la plaque négative
c. Réaction globale
II.1.1.4.2. La charge
a. Réaction à la plaque positive
b. Réaction à la plaque négative
c. Réaction globale
Chapitre III
III. Matériaux et techniques expérimentales
Présentation
III.1. Matériaux
III.1.1 Elaboration par Fusion
III.1.2. Analyse chimique
III.2. Caractérisation du matériau
III.2.1. Examen microscopique
Polissage
Attaque chimique
Observation microscopique
III.2.2. Caractérisation électrochimique
III.2.2.1. Essais potentiocycliques
III.2.3. Essai de dureté
III.2.4. Analyse par diffraction des rayons X
III.2.4.1. Principe de la méthode
Chapitre IV
IV.I.I. Résultats et discussion
IV.1.1. Etude du mécanisme de durcissement structural
IV.1.2. Résultats des essais de dureté
IV.1.2.1 Etudes des alliages bruts de coulé: Pb 1,39%Cd et Pb – 1,48% Sn – 1,2% Cd
IV.1.2.2 Influence de la concentration en étain (Sn)
IV.1.2.3. Influence d’un traitement de ré-homogénéisation
Caractérisation électrochimique
Résultats et discussion
IV.2. Caractérisation électrochimique
IV.2.1. Essais potentiocycliques
IV.2.2. Interprétation des courbes potentiocycliques
Conclusion
IV.3. Analyse par diffraction des rayons X
IV.3.1. Interprétation des résultats de l’analyse par diffraction des Rayons X
Conclusion Générale
