Mechanisms of liquid metal embrittlement of Cu-Zn alloys by liquid Ga-In eutectic

Mécanismes de fragilisation d'alliages Cu-Zn par l'eutectique Ga-In Ce travail présente l'étude de la sensibilité à la fragilisation par les métaux liquides (FML) à température ambiante de laitons alpha contenant différents taux de zinc par l'eutectique liquide In-Ga (EGaIn). Le liquide EGaIn mouille le cuivre pur de manière partielle avec un angle de contact relativement faible de 49 ± 5 °. Cet angle est plus faible pour les laitons alpha et décroit avec le pourcentage en zinc. Il est de 36 ± 5 ° pour le laiton Cu-30%Zn. De plus, l'intermétallique CuGa2 se forme dès le contact avec le liquide EGaIn avec le cuivre et les laitons alpha, indépendamment de la teneur en zinc. Les essais de flexion 3 points montrent que la sensibilité à la FML par l'EGaIn augmente pour des vitesses de déformation élevées, des taux de zinc plus élévés et des duretés plus importantes. Dans les cas de FML, le liquide EGaIn n'affecte pas la phase d'initiation de la fissure mais seulement la propagation de la fissuration. En effet, les faciès de rupture présentent toujours une initiation ductile de la fissure puis une rupture fragile. L'intermétallique CuGa2 empêche l'initiation d'une rupture fragile en limitant le contact entre le métal liquide et le laiton dans les premières phases de l'essai mécanique. Puis l'intermétallique se fissure et ainsi, le liquide EGaIn rentre en contact avec le laiton rendant possible la FML à condition de déformations plastiques suffisamment importantes du laiton. A cause de l'initiation d'une rupture ductile, le laiton Cu-30%Zn ne présente pas de sensibilité à la FML lorsque il est testé par le small punch test (SPT) standard. Cependant l'utilisation d'échantillons de SPT pré-entaillés permet l'observation pour ce laiton de la FML en contact avec l'EGaIn liquide. De plus, du fait de l'initiation d'une rupture ductile, il est impossible à partir des résultats des essais de SPT et de flexion de déterminer une ténacité en présence de métal liquide. C'est pourquoi, des micro-essais de flexion avec observations in-situ et présence d'une couche fine protectrice de W ont été mis en oeuvre. Ils ont permis de déterminer en présence d'EGaIn liquide une ténacité de 1,57 ± 0.08 MPa m1/2 pour le laiton Cu-30%Zn.