REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Université de Batna Faculté des sciences Département de physique Rapport annuel sur le projet de recherche Intitulé : ELA ABORATION ET CARACTERISATION DES ALLIAGES METALLIQUES A BASE DE NICKEL N° de code : D01320080044 Chef de projet de recherche : Dr. MESSAADI Saci Membres : Dr. MEDOUER Hadria Melle :BENNOUR Linda 1 Rapport annuel Le travail de recherche effectué durant l’année 2009, s’inscrit dans le cadre du projet de recherche n° D01320080044, agrée depuis janvier 2009. Il est scindé en trois parties comme suit : • Modélisation de la conductivité électrique des couches minces métalliques • Etude de la microdureté des alliages de Ni-P • Détermination des conditions expérimentales permettant l’élaboration des alliages de - Nickel-Phophore - Nickel-Fer Le travail réalisé durant l’année en cours s’inscrit dans le cadre des activités de recherche du laboratoire d’Etudes physicochimiques des matériaux en général et particulièrement de l’équipe couches minces métalliques du même laboratoire. En effet en s’inscrivant dans la directive de la formation par la recherche, nos activités se résument comme suit : 1. Initiation des thésards préparant leurs mémoires de magister au travail de recherche bibliographique d’une part et aux techniques d’élaboration et de caractérisation des couches mines métalliques d’autre part, cette action se résume comme suit : • Modélisation de la conductivité électrique dans les couches minces métalliques de forme planes ou cylindriques. • Etude comparative des résultats de la conductivité électrique dans les fils fins métalliques à partir des modèles statistiques basés sur les libres parcours moyens. Le travail théorique de recherche ainsi défini est relatif à l’étude de l’effet de taille sur la conductivité électrique dans les couches minces métalliques; ces effets sont communément appelés effets dimensionnels. Pour cela notre étude s’appuiera sur les différents modèles mathématiques connus à ce jour. Il importe de noter qu’il n’existe pas de modèle mathématique général permettant de représenter le comportement électrique d’une couche mince métallique, la plupart des modèles utilisés ne traitent que des cas limites. Notre travail sera basé sur les modèles statistiques qui utilisent la méthode des libres parcours moyens ; en effet ces modèles donnent des résultats très proches de la réalité physique et tiennent en compte des trois phénomènes de diffusion à la fois (effet des phonons, des surfaces externes et de celui des joints de grains). L’effet de taille sur la conductivité électrique a également son influence sur le comportement du coefficient de température de la résistivité (C.T.R.). 2 Le travail prévu dans le cadre de la préparation du mémoire de magister objet de ce sujet a essenteiellement été axé sur les points suivants : • Etude bibliographique des modèles décrivant la conductivité électrique dans couches minces métalliques, • Etude des effets dimensionnels dans les couches minces métalliques à partir de la méthode des libres parcours moyens, • Modélisation de la résistivité électrique et son coefficient de température dans le cadre des modèles statistiques, • Comparaison avec les données expérimentales. 2. Etude théorique et expérimentale de la micodureté Vickers des poudres chimiques de type Nickel – Phosphore, ce qui exige l’examen des points qui suivent : • La modélisation théorique de la microdureté Vickres est obtenue en utilisant le modèle de Buckle. Il s’agit là d’une étude bibliographique. • Mise au point d’une technique de mesure de la microdureté Vickers en utilisant un microduromètre de type SHIMATZU. La manipulation est piloté par un ordinateur de type DELL , une caméra sony équipée d’un logiciel C.A.M.S. • Elaboration des poudres chimiques de Ni-P et recherche des conditions optimales en fonction du pourcentage de phosphore. 3. Mise au point de la technique d’élaboration des alliages métalliques de Ni-P par voie électrolytique, sous forme de couches minces. Ce travail est divisé en deux parties : • Etude bibliographique sur les propriétés physicochimiques des alliages amorphes de Ni-P. • Recherche des conditions expérimentales par la définition de la méthode la mieux adaptées permettant l’obtention de couches minces homogènes et brillantes. 4 Principes généraux d’une étude d’électrochimie : Définition Dans une oxydoréduction : • L’élément qui perd un ou des électron(s) est appelé réducteur ; • L’élément qui gagne un ou des électron(s) est appelé oxydant ; Le réducteur s’oxyde (réaction d’oxydation), l’oxydant se réduit (réaction de réduction). L’oxydoréduction se compose donc de deux demi réactions : une oxydation et une réduction • → oxydant (1) + neOxydation : réducteur (1) 3 → réducteur (2) Oxydant (2) + ne- • Réduction : • Oxydoréduction (« somme » de l’oxydation et de la réduction) → oxydant (1) + réducteur (2) Oxydant (2) + réducteur (1) Exemple : Ce4+ + e- Ce3+ → Fe3+ + eFe2+ D’où la réaction bilan (les électrons échangés n’apparaissent pas explicitement dans la réaction globale) : → Ce3+ + Fe3+ Ce4+ + Fe2+ Un réducteur oxydé est un oxydant, et un oxydant réduit est un réducteur. On définit ainsi le couple oxydant réducteur (anciennement appelé « couple rédox) qui se compose de l’oxydant et du réducteur conjugué (l’oxydant réduit). On le note sous la forme : oxydant/réducteur. Le caractère « oxydant » ou « réducteur » n’est pas absolu, mais relatif, dans le cadre d’une réaction chimique. Un élément réducteur dans une réaction peut être oxydant dans une autre. Mais il est possible de construire une échelle des forces oxydante (ou dans l’autre sens, de force réductrice) : C’est le potentiel d’oxydoréduction, qui se mesure en Volt. En outre ce potentiel peut dépendre du contexte chimique et notamment du pH, et même du contexte physique : les effets de la lumière sont mis à profit aussi bien par la nature dans la photosynthèse, que par l’homme dans la photographie. PREPARATION DES ELECTRODES • Electrodes de Travail (T) notée également (WE : Working Electrode) : L’électrode dont on étudie la polarisation et les réactions, ST la surface de cette électrode. • Contre-électrode (CE) notée également (AE : auxilary Electrode), la deuxième électrode, SCE sa surface. L’électrode de référence est désignée par REF notée également (RE :référence Electrode) PREPARATION DES ELECTRODES : L’obtention d’une électrode bien définie et reproductible nécessite un traitement qui dépend dans une certaine mesure de l’histoire antérieure de l’électrode et du but de son utilisation. On distingue en général : • Les traitements préliminaires indispensables dans tous les cas. • Les traitements particuliers adaptés aux expériences envisagées TRAITEMENTS PRELIMINAIRES Il ne s’agit pas ici d’une liste exhaustive des différents traitements existants. ¾ Dégraissage comportant : - Elimination des huiles minérales : lavage au trichlorétthylène - Elimination des graisses organiques : L’électrode à nettoyer est prise comme cathode dans l’électrolyse d’une solution chaude. Cette méthode présente l’inconvénient d’introduire dans le métal de l’électrode de l’hydrogène qui doit ensuite être éliminé. 4 ¾ Décapage chimique : Pour une électrode fortement souillée par des manipulations antérieures, on utilisera des produits chimiques décapants selon les cas (ex : mélange sulfochlorique ou acide chlorhydrique bouillant). ¾ Dégazage : Ce traitement est en général effectué sous vide ou gaz inerte, à haute température. ¾ Polissage électrolytique : La surface métallique qui a été usinée, puis polie mécaniquement est écrouie. Ses propriétés physiques, chimiques et électrochimiques ne sont plus caractéristiques du métal étudié. Pour une bonne reproductibilité des résultats la couche écrouie est enlevée ; on y parvient par polissage électrolytique : L’avantage de ce traitement est que la surface obtenue soit rigoureusement plane. L’électrode à polir est prise comme anode ; l’électrolyte doit être très peu hydraté et avoir une résistance électrique élevée (bains phosphorique et bains perchlorique). L’anode se couvre pendant l’électrolyse d’une couche liquide visqueuse et d’un film très mince d’oxyde. La diffusion des ions dans ces deux couches, épaisses dans les creux et mines sur les bosses, détermine la vitesse de dissolution de l’anode qui finalement est nivelée. Remarque : Les formules de bain et la densité de courant ont été déterminées empiriquement. TRAITEMENTS PARTICULIERS Ils dépendent de la nature de l’électrode, de lav réaction à étudier et du mode d’étude de cette réaction (dynamique ou statique). Citons brièvement trois cas parmi les plus importants : ¾ Electrodes inattaquables dans une solution red/ox ; ¾ Electrode sur laquelle doit se faire un dégagement gazeux ; ¾ Dissolution d’une électrode attaquable ou dépôt cathodique d’un métal. 5 RECAPITULATIF DES RESULTATS OBTENUS AU COURS DE L’ANNEE 2009 Désignation Nombre Magisters soutenus 02 01 Publication parues 02 Communications internationales 6 VISAS Visa du Chef de Projet Visa du Président du Comité Scientifique du département d’attachement Visa du laboratoire d’attachement « * » Visa du Recteur de l’Université de Batna Visa du Directeur de la Recherche Ministère de l'Enseignement Supérieur --------------------------------------------« * » le visa du laboratoire d’attachement signifie qu’en cas de non financement séparé du projet, ce dernier doit bénéficier des crédits de fonctionnement du laboratoire. 7