CHIMIE

Références Luxcontrol :

Département : Laboratoires / Analyses de surface

No commande :

No rapport : RA981214/MCB

Responsable : Dr Mohammed Chtaïb

Tél. 54 77 11 254

1. Références échantillons

Echantillonnage : Fragment de Dodecaèdre

Date d'entrée des échantillons : 27/11/98

Date de sortie du rapport : 14/12/98

Désignation des échantillons : "Dodeca.Nov98 "

Le but de ces analyses a éte de caractériser par MEB/EDX un fragment de Dodécaèdre en provenance de Goeblange-« Miecher ». Des déterminations en surface et en volume de la composition du matériel (dodécaèdre) ont été effectuées ainsi qu’une analyse métallographique de la structure du matériel. D’autre, part des radiographies (G et X) ont été prises sur le fragment du dodécaèdre au niveau de la jonction boule/plaque.

2. Description des méthodes d'analyses.

Dans ce type d'analyses, l'échantillon est bombardé par un faisceau électronique de haute énergie (quelques 10 à 50 KeV). En balayant la surface, le faisceau électronique primaire génère des électrons et un rayonnement X secondaire. Ceci fait passer les éléments du matériau dans un état dit "excité". La désexcitation des différents atomes donne lieu à une émission de rayons X caractéristique pour chaque atome. En d'autres termes, chaque pic observé lors de l'analyse sera attribuée à un élément bien défini qui se trouve dans la zone analysée. Le fait que cette analyse par microsonde X soit couplée à un système d'imagerie nous permet de faire des analyses ponctuelles sur des zones d'intérêt (piqûres de corrosion, pores ou fissures, inclusions etc.).

Image aux rayons X du fragment. A droite, image d'une copie du dodécaèdre de Tongres (B)

3. Résultats des analyses et commentaires

3.1 Aspect visuel

Sur les photos on observe deux vues de face du fragment dodécaèdre. Il est constitué d’une plaque surmontée d’une boule plus ou moins sphérique d’environ 4,4 mm x 5,35 mm.

Images au M.E.B. de la sphère

(cliquez sur une image pour l'agrandir)

Cette composition varie fortement d’une région à l’autre sur la plaque.

A la jonction sphère/plaque, les analyses EDX ont mis en évidence la présence des éléments : Cu, Si, P, Pb, Sn, Fe, et Zn.

Les éléments majoritaires sont le cuivre (Cu), Zinc (Zn), étain (Sn), et plomb (Pb).

Cette composition varie fortement d’une région à l’autre au niveau de la jonction.

Il ressort de ces analyses que la composition chimique, quoique non homogène est quasi la même en surface du fragment dodécaèdre.

Il s’agit d’un bronze CuPbZnSn. Rapport d'analyses +détaillé

3.3 Analyses métallographiques

3.3.1. IMAGES EN CONTRASTE ATOMIQUE

Les images en contraste atomique et les cartographies R.X. des principaux éléments constituants ont été effectuées sur coupe métallographique polie.

Phase grise : mactrice bronze (M) Phase blanche : oxyde de plomb (P1) Phase noire : oxyde de cuivre (P2)

Dodécaèdre en coupe

La structure métallographique se subdivise en trois phases distinctes :

- une matrice à texture grisâtre notée M

- des phases blanchâtres notées P1 qui se présentent sous la forme d'îlots globulaires ou de fins filaments vraisemblablement intergranulaires

- des phases noirâtres notées P2.

3.3.2. ANALYSE INDIVIDUELLE DES PHASES ( % ) - moyenne de 3 analyses ponctuelles

L'analyse chimique de la matrice M correspond à celle d'un bronze.L'analyse chimique de la phase P1 correspond à de l'oxyde de plomb. L'analyse chimique de la phase P2 correspond à de l'oxyde de cuivre.

3.3.3. ANALYSE GLOBALE

Du fait de l'hétérogénéité de la structure du dodécaèdre, nous avons réalisé une analyse moyenne des principaux éléments détectés par le balayage d'une zone ayant une section de 200 µm x 200 µm.

Cette analyse a été répétée 25x sur l'échantillon de manière alléatoire. Le tableau ci-dessous nous donne la moyenne de ces mesures (soit une zone balayée totale égale à 0,2 x 0,2 x 25 = 1 mm2 ).

3.4 Commentaires et interprétations

1.- Ces analyses ont montré que le fragment dodécaèdre est fait d’un alliage du type CuZnSnPb. Lors de l’élaboration de l’alliage, des nodules (inclusions) de plomb, et de scories contenant du zinc précipitent sous forme d’oxydes de plomb et d’oxyde de zinc. Le plomb se trouve ainsi également dans les joints de grains de l’alliage. Le Sn semble se répartir d’une façon relativement homogène dans l’alliage.

2.- Les analyses en surface montrent que la composition est altérée. Elle présente un enrichissement en étain qui se produit au détriment du Zinc suite à un phénomène combiné de corrosion et de migration à la surface de l’alliage.

3.- La boule sphérique ne semble pas être soudée par un apport de matière. Les analyses au niveau de la jonction et les radiographiques confirment qu’il s’agit du même matériel qui aurait été moulé ou façonné à chaud.

Dr. Chtaïb, responsable du laboratoire LUXCONTROL S. A.