Aliaj de aur-cupru

Aliaj de aur-cupru
Imagine ilustrativă a articolului aliaj de aur-cupru
Pectoral Tumbaga: aliaj de aur-cupru
Identificare
Sinonime

cupro-aliaj, combinație de elemente metalice

Aspect solid, lichid, auriu și de culoare arămie
Proprietăți chimice
Formula brută AuCu pentru 50% la. Cu
Masă molară 13020 u. pentru 50% la. Cu
Proprietăți fizice
T ° fuziune 910  ° C (congruent)
Cristalografie
Sistem de cristal Cubic centrat pe față
Clasa de cristal sau grup spațial Fm3m pentru (Au, Cu)

Pm3m pentru Au 3 Cu

P4 / mmm pentru AuCu (I)

Imma pentru AuCu (II)

Pm3m pentru AuCu 3 (I)

P4mm pentru AuCu 3 (II)
Unități de SI și STP, cu excepția cazului în care se prevede altfel.

Aur-cupru aliaj este un aliaj produs prin fuziune a combinației de aur , cu simbolul chimic Au și cupru , cu simbolul chimic Cu, care este adesea utilizat în industria de bijuterii. Scopul principal al unui aliaj este, din elemente simple, crearea unui compus cu proprietăți diferite sau chiar noi. Fazele aur-cupru sunt unul dintre aliajele care au fost cele mai studiate astăzi.

Istorie

Una dintre primele urme raportate de aliaj de aur-cupru provine din săpăturile efectuate în timpul unui proiect arheologic desfășurat în Maisabel. Acest site a fost ocupat pentru o perioadă cuprinsă între aproximativ100 î.Hr. J.-C.până la 1200. Aceste căutări au relevat că unul dintre cele mai vechi obiecte găsite prezintă o bucată de metal care nu era altul decât un aliaj, compus din aproximativ 55% cupru și 40% aur (precum și 5% argint ). Este prima urmă raportată arheologic a unui aliaj de aur-cupru din Indiile de Vest.

În America Centrală și de Sud, se știe că civilizațiile precolombiene au folosit aliaje aur-cupru, în principal în scopuri decorative. Tumbaga este numele dat acestui aliaj de către cuceritori . Uneori găsim aici și urme de argint, considerate impurități în aliaj.

Este unul dintre primele aliaje pentru care au fost descoperite și studiate transformări ale ordinii-tulburări.

Aur și cupru

Aurul și cuprul sunt două elemente chimice aparținând triadei cuprului, argintului, aurului, adică sunt compuși cu proprietăți chimice foarte asemănătoare, care pot explica existența aliajului AuCu. Ambele sunt grupate în familia metalelor de tranziție și ambele au o bună conductivitate termică și electrică și sunt rezistente la coroziune . Ele pot fi utilizate, de exemplu, pentru a crea conexiuni în diferite componente electronice. Una dintre diferențele majore este costul lor, datorită deficitului de aur, costul acestuia este mai mare. Cuprul este mai abundent în mediul natural.

Interesul și utilizarea aliajului

Este un aliaj 100% metalic care face posibilă reducerea cantității de aur utilizate și, prin urmare, reducerea costurilor de producție, îmbunătățind în același timp instabilitatea cuprului.

Utilizarea aliajului de aur-cupru a evoluat foarte mult în timp. A fost folosit în principal pentru decorarea obiectelor. Apoi a fost folosit mai recent în industria bijuteriilor, care este una dintre principalele sale aplicații. Dar, în ultima perioadă, aliajul AuCu apare în domeniul nanoștiinței, unde este utilizat ca catalizator pentru reacțiile chimice.

La scară nanometrică, nanoaliajele aur-cupru sunt de asemenea utilizate în domeniul catalizei, în special în reacția de oxidare a monoxidului de carbon la CO 2; dar și în domeniul opticii, cum ar fi pentru rezonanța puternică a plasmonului de suprafață .

Sinteză

Aliajul aur-cupru poate fi creat în mod natural prin procese geologice foarte lungi. Cu toate acestea, acum poate fi sintetizat prin fuziune, în laborator. Forma sa nanometrică, pe de altă parte, este generată de metoda de implantare a ionilor .

Proprietăți de aliaj

Scara normala

Una dintre principalele proprietăți ale aliajului este crearea de compuși intermetalici (Au 3 Cu, AuCu, AuCu 3 ). Acești compuși sunt faze care se formează în funcție de compoziția temperaturii scăzute din aliaj comandat: mai mică decât 450  ° C . S-a demonstrat de fapt că au existat 2 faze în jurul AuCu (I și II), dar diagramele de faze sunt adesea simplificate doar la cei 3 compuși menționați mai sus. La fel și pentru faza AuCu 3 . La o temperatură mai mare decât cea pentru care se obțin fazele comandate, există o soluție solidă de aur și cupru pentru toate compozițiile de aliaj. Aceasta înseamnă că la temperaturi ridicate, aurul și cuprul sunt complet miscibile în toate proporțiile. Putem vorbi despre un model bimetalic de sistem pentru aliajul Au-Cu.

Acest aliaj are un punct de topire congruent la temperatură scăzută, adică se schimbă ușor de la o fază solidă la o fază lichidă, fără schimbarea compoziției în interiorul aliajului; asta este ceea ce face ca popularitatea sa. Datorită formei sale dezordonate, aliajul AuCu are o fuziune congruentă la 910  ° C cu o compoziție de 44% atom cupru. De asemenea, permite scăderea temperaturii punctului de topire. De fapt, punctul de topire al cuprului pur este la 1.084  ° C, iar cel al aurului este la 1.064  ° C , mult mai mare decât punctul de topire congruent declarat.

Nanoscală

Diagrama experimentală de fază a aliajului la nano-scară nu este cunoscută deoarece studiul calorimetriei pentru nanoparticule este încă complicat. Doar abordările teoretice pot fi luate în considerare. Nanoparticulele care alcătuiesc sistemul au o dimensiune foarte mică, care poate fi mai mică de 10 nanometri. Ele pot avea diferite forme geometrice, cum ar fi de exemplu icosaedrul, cubul, octaedrul, decahedronul, dodecaedrul și octaedrul trunchiat. Dintre acestea, dodecaedrul, octaedrul trunchiat și icosaedrul sunt cele mai stabile structuri. Efectul reducerii dimensiunii asupra aliajului de aur-cupru va reduce drastic temperatura sa de topire congruentă și îl va schimba la o compoziție de aliaj mai bogată în cupru.

Note și referințe

  1. Grégory Guisbiers , Sergio Mejia-Rosales , Subarna Khanal și Francisco Ruiz-Zepeda , „  Aur - Nano-aliaj de cupru,„ Tumbaga ”, în Era Nano: Diagrama fazei și segregarea  ”, Nano Scrisori , vol.  14, n o  11,12 noiembrie 2014, p.  6718–6726 ( ISSN  1530-6984 , DOI  10.1021 / nl503584q , citit online , accesat la 19 noiembrie 2017 )
  2. (en) H. Okamoto, DJ Chakrabarti, DE Laughlin și TB Massalski, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, Vol. 8, No. 5 ,1987( citiți online ) , Sistemul Au-Cu (Aur-Cupru), paginile 458, 455, 454
  3. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616060900353%7Cpage p. 489
  4. (în) Charlotte L. Bracey , Peter R. Ellis și Graham J. Hutchings , "  Aplicarea aliajelor de cupru-aur în cataliză: starea actuală și perspectivele viitoare  " , Chemical Society Reviews , vol.  38, n o  8,21 iulie 2009( ISSN  1460-4744 , DOI  10.1039 / B817729P , citit online , consultat la 19 decembrie 2017 )
  5. Peter E. Siegel și Kenneth P. Severin , „  Primul artefact preistoric din aliaj de aur și cupru documentat din Indiile de Vest  ” , Journal of Archaeological Science , vol.  20, n o  1,1 st ianuarie 1993, p.  67–79 ( DOI  10.1006 / jasc.1993.1005 , citit online , accesat la 19 noiembrie 2017 )
  6. "  Tabelul periodic de la Lavoisier la Mendeleev | CultureSciences-Chimie  ” , pe culturesciences.chimie.ens.fr (accesat la 19 noiembrie 2017 )
  7. (în) Rong He , Yu-Cheng Wang , Xiaoyong Wang și Zhantong Wang , „  Sinteza ușoară de tip pentacol a nanocristalelor din aliaj de aur-cupru și proprietățile lor plasmonice și catalitice  ” , Nature Communications , Vol.  5,7 iulie 2014, ncomms5327 ( DOI  10.1038 / ncomms5327 , citit online , accesat la 19 noiembrie 2017 )
  8. Noi perspective în alierea aurului și cuprului la scară nanometrică, Hélène Prunier
  9. „  RELAȚII DE FAZĂ ÎN SISTEM Au - Cu - Ag LA TEMPERATURI SCĂZUTE, BAZATE PE ASAMBLĂRI NATURALE  ” , pe citeseerx.ist.psu.edu (accesat la 30 noiembrie 2017 )
  10. (în) Riccardo Ferrando , Julius Jellinek și Roy L. Johnston , "  Nanoaloys: From Theory to Applications of Alloy Clusters and Nanoparticles  " , Chemical Reviews , Vol.  108, nr .  3,1 st martie 2008, p.  853 ( ISSN  0009-2665 , DOI  10.1021 / cr040090g , citit online , accesat la 30 noiembrie 2017 )