Le rôle de l’intermétallique CuGa2 dans la fragilisation du Cu-30%Zn par l’eGaIn liquide

Abstract

La fragilisation par les métaux liquides (FML) entraine la diminution de la résistance mécanique d’un métal ou alliage métallique solide lorsqu’il est sous contrainte mécanique en contact avec un autre métal à l’état liquide. Ce phénomène se manifeste par une diminution de la déformation et de la contrainte à la rupture du solide et/ou par une modification de son mode de rupture. L’apparition de la FML est fortement dépendante de plusieurs facteurs telles que la composition chimique du solide et du liquide, l’histoire thermomécanique du solide, les conditions physicochimiques de l’interface solide-liquide, la température du solide et du liquide et les conditions de sollicitation mécanique du solide. La formation d’un intermétallique entre le solide et le liquide peut empêcher l’apparition de la FML car l’intermétallique limite le contact entre le liquide et le solide. Néanmoins, il existe des systèmes pour lesquels la FML est présente malgré la formation d’un intermétallique. C’est le cas du laiton Cu-30%Zn en contact avec l’eGaIn liquide, pour lequel la FML est observée malgré la formation instantanée de l’intermétallique CuGa2. L’objectif de cette présentation est d’expliquer le rôle de l’intermétallique CuGa2 dans les mécanismes de fragilisation du laiton Cu-30%Zn par l’eGaIn liquide. Pour cela, nous avons étudié l’interface solide-liquide par des mesures d’angle de contact, ToF-SIMS et DRX. Des essais de flexion miniaturisés et des essais Small Punch Test ont été menés pour déformer le laiton Cu-30%Zn en contact avec l’eGaIn sous diverses conditions mécaniques. Pour quantifier ces différentes conditions mécaniques, les résultats expérimentaux ont été comparés aux simulations par éléments finis prenant en compte un modèle de nucléation et croissance de cavités. Pour caractériser le mode de rupture, les facies de rupture et les chemins de fissuration ont été observés par MEB-EBSD. Nous avons observé que l’eGaIn produit une transition ductile-fragile lors de la propagation de la rupture du laiton Cu-30%Zn sans modifier ni la déformation, ni la contrainte à la rupture. Nous expliquons cet effet à travers la formation de l’intermétallique CuGa2 qui fonctionne comme une couche mince empêchant un contact direct entre l’eGaIn et le laiton. Cependant, après la rupture de cette couche, la FML peut avoir lieu, ce qui produit une rupture du laiton initialement ductile, puis fragile. À partir des observations, nous proposons des mécanismes qui expliquent l’apparition de la FML dans le système Cu-30%Zn/eGaIn en tenant compte de la formation de CuGa2.