Optimisation d'un premier modèle de dissolution d'un échantillon solide dans une matrice métallique liquide et proposition d'un nouveau modèle

Abstract

La dissolution d’un métal solide dans un bain métallique liquide peut se faire de manière directe sans qu’il y ait réaction chimique à l’interface jusqu’à saturation du liquide ou bien de manière indirecte par la formation de phases intermédiaires "couches protectrices " s’interposant entre le matériau et le milieu corrosif. Lorsqu’un métal solide est mis au contact d’un métal liquide, des transferts de masse interviennent de part et d’autre de l’interface ainsi constituée. Dans le cas du système Argent(S)- Ag-Te(L), des réactions chimiques interfaciales sont associées à ces phénomènes et conduisent à la formation d’une phase intermédiaire Ag2Te. L’objectif de cette étude est de progresser dans la compréhension et la modélisation des processus physico-chimiques fondamentaux intervenant au cours de la dissolution afin de contrôler les caractéristiques de la liaison intermétallique. Dans ce contexte, cette étude purement théorique, portant sur la dissolution d’un échantillon d’argent solide dans un bain métallique Ag-Te, a été initiée dans le but de déterminer les valeurs des coefficients de diffusion dans les différentes phases qui permettent de faire coïncider les temps de dissolution expérimentaux avec les temps théoriques obtenus par la résolution numérique des équations du modèle. Une étude paramétrique antérieure développée à partir d’une modélisation des phénomènes de croissance de phases, fondée sur les lois de la diffusion et en tenant compte des influences relatives des différents paramètres de la diffusion, a donné des temps de dissolution théoriques plus grands que les temps de dissolution expérimentaux. Une optimisation du modèle a permis d’obtenir des résultats théoriques pertinents et qui rendent compte de façon satisfaisante des observations expérimentales. Dans le chapitre I, les caractéristiques générales de l’interaction entre un matériau solide et un liquide seront présentées, suivies par des études expérimentales antérieures portant sur la dissolution de métaux ou alliages solides dans un bain métallique liquide. Les principes de base de la diffusion seront ensuite rappelés au chapitre II ainsi que les principales approches théoriques de la croissance de phases par diffusion réactives y seront examinées. Dans le chapitre III, une description du premier modèle de dissolution d’un échantillon d’Ag solide dans un bain métallique liquide traitée dans une précédente étude sera présentée. Les temps de dissolution théoriques obtenus par la résolution numérique du modèle sont assez élevés, comparés aux temps expérimentaux. En attribuant aux coefficients de diffusion dans les différentes phases des valeurs appropriées, nous trouvons une parfaite concordance entre les temps expérimentaux et ceux obtenus par la méthode numérique. Cette étude a été complétée au chapitre IV par une proposition d’un nouveau modèle de simulation de la réaction de dissolution d’un échantillon d’Ag solide dans un bain liquide Ag Te. Le principe et les résultats de l’étude seront présentés. Les cinétiques reliées aux phénomènes observés (croissance de phase et dissolution), ainsi que l’évolution des différents paramètres de la diffusion (concentrations aux interfaces, coefficients de diffusion dans les différentes phases) seront déterminées. La modélisation développée, décrit correctement d’un point de vue qualitatif, la croissance de la phase intermétallique et sa dissolution. Les coefficients de diffusion obtenus, quoique élevés par rapport a ceux du premier modèle, permettent néanmoins d’aboutir à des résultats similaires à ceux du premier modèle. Enfin, une conclusion générale où nous comparerons les valeurs des coefficients de diffusion déduits dans les deux modélisations des phénomènes de dissolution