Etude des mécanismes de durcissement structural des alliages plomb-cadmium-strontium, plomb-cadmium-strontium-etain, plomb-cadmium-strontium-argent et plomb-cadmium-strontium-etain-argent pour grilles de battereis

Abstract

Les travaux de recherches sur les alliages du plomb connaissent un essor croissant tant pour l’étude fondamentale de leurs propriétés structurales que pour leurs nombreuses applications dans l’industrie automobile. En effet, pour des raisons écologiques et économiques, beaucoup de recherches ont été effectuées afin d’augmenter les performances des accumulateurs au plomb en vue de son utilisation comme source d’énergie dans la voiture électrique. Le choix de l’accumulateur au plomb nécessite donc la mise au point de grilles caractérisées par une tenue à la corrosion et des caractéristiques mécaniques améliorées. L’utilisation du plomb pur seul est exclue car ce métal est malléable, manquant ainsi de dureté et de résistance. Mais la dissolution de quelques soluté dans le solvant plomb liquide permet la sursaturation de la phase solide primaire et permettant ainsi d’obtenir des alliages durcis pour la fabrication des plaques des accumulateurs.

Le présent travail a pour objectif de caractériser les phénomènes de vieillissement et de survieillissement des solutions solides sursaturées des alliages PbCdSr et PbCdSrSn, ainsi que l’influence de l’argent sur les mécanismes de durcissement structural de ces alliages. En effet, deux états structuraux sont considérés : alliage brut de coulée et alliage réhomogénéisé. Les températures explorées sont essentiellement 20 et 80°C. Cette dernière température est choisie parce qu’elle correspond à la température de mûrissage des plaques des batteries ainsi qu’à la température extrême de son fonctionnement. Les différentes techniques : la dureté, la microdureté, la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage et les microanalyses qualitatives par l’EDAX.

La structure de trempe des alliages PbCdSr bruts de coulée que nous avons étudiés présente une structure marquée par des cellules de ségrégation. Après la trempe à l’eau on obtient une solution solide sursaturée instable à la température ambiante. L’évolution vers l’état d’équilibre de cette structure de trempe se fait en deux stades : le premier stade caractérise le vieillissement qui se fait par une transformation discontinue durcissante puis adoucissante suivie d’une précipitation continue. Le second stade est le survieillissement qui est caractérisé par une précipitation discontinue lamellaire adoucissante localisée aux voisinages des joints de grains. Les analyses de l’EDAX montrent que ces précipités lamellaires sont riches en cadmium mais exempts du strontium.

Les mécanismes de durcissement structural des alliages PbCdSrSn, ressemblent globalement à ceux des alliages PbCdSr. En effet, le vieillissement se manifeste par une transformation discontinue incomplète durcissant puis adoucissante qui s’initie aux joints de grains ou dans les sous joints dendritiques, suivie d’une précipitation continue. Par contre, le survieillissement correspond à une précipitation discontinue adoucissante, permettant la formation de gros précipités lamellaires localisée aux voisinages des joints de grains.

En outre, les additions mineures de l’élément argent ne changent pas les processus de durcissement structural de ces alliages. L’influence de l’argent se traduit par une légère amplification de la dureté maximale et un retardement de la cinétique des transformations durcissantes.