Gull-kobberlegering

Gull-kobberlegering
Illustrasjonsbilde av artikkelen Gull-kobberlegering
Pectoral Tumbaga: gull-kobberlegering
Identifikasjon
Synonymer

cupro-legering, kombinasjon av metalliske elementer

Utseende solid, flytende, gylden og coppery i fargen
Kjemiske egenskaper
Brute formel AuCu for 50% ved. Cu
Molarmasse 13020 u. for 50% kl. Cu
Fysiske egenskaper
T ° fusjon 910  ° C (kongruent)
Krystallografi
Krystallsystem Ansiktssentrert kubikk
Krystallklasse eller romgruppe Fm3m for (Au, Cu)

Pm3m for Au 3 Cu

P4 / mmm for AuCu (I)

Imma for AuCu (II)

Pm3m for AuCu 3 (I)

P4mm for AuCu 3 (II)
Enheter av SI og STP med mindre annet er oppgitt.

Den gull-kobber -legering er en legering fremstilt ved sammensmelting av kombinasjonen av gull , med det kjemiske symbol Au, og kobber , med det kjemiske symbol Cu, som ofte brukes i smykkeindustrien. Hovedformålet med en legering er, fra enkle elementer, å skape en forbindelse med forskjellige eller til og med nye egenskaper. Gull-kobberfasene er en av legeringene som har vært mest studert i dag.

Historie

Et av de første rapporterte sporene av gull-kobberlegering stammer fra utgravninger som ble utført under et arkeologisk prosjekt utført i Maisabel. Dette nettstedet har vært okkupert i en periode fra ca.100 f.Kr. J.-C.til 1200. Disse søkene avslørte at en av de eldste gjenstandene som ble funnet, presenterte et metallstykke som var ingen ringere enn en legering, sammensatt av omtrent 55% kobber og 40% gull (samt 5% sølv ). Det er det første arkeologisk rapporterte sporet av en gull-kobberlegering i Vestindia.

I Sentral- og Sør-Amerika er det kjent at før-colombianske sivilisasjoner har brukt gull-kobberlegeringer, hovedsakelig til dekorative formål. Tumbaga er navnet som ble gitt til denne legeringen av conquistadors . Noen ganger finner vi også spor av sølv her, betraktet som urenheter i legeringen.

Det er en av de første legeringene som transformasjonsordre har blitt oppdaget og studert for.

Gull og kobber

Gull og kobber er to kjemiske elementer som tilhører kobber, sølv, gull triade, det vil si at de er forbindelser med veldig like kjemiske egenskaper, noe som kan forklare eksistensen av AuCu-legeringen. De er begge gruppert i familien av overgangsmetaller og har begge god termisk og elektrisk ledningsevne og er korrosjonsbestandige . De kan for eksempel brukes til å opprette forbindelser i forskjellige elektroniske komponenter. En av de største forskjellene er kostnadene, på grunn av knapphet på gull er kostnadene høyere. Kobber er mer rikelig i det naturlige miljøet.

Interesse og bruk av legeringen

Det er en 100% metallisk legering som gjør det mulig å redusere mengden gull som brukes, og dermed redusere produksjonskostnadene, samtidig som kobberens ustabilitet forbedres.

Bruken av gull-kobberlegering har utviklet seg sterkt over tid. Det ble tidligere hovedsakelig brukt til dekorasjon av gjenstander. Det ble da mer nylig brukt i smykkerindustrien, som er en av hovedapplikasjonene. Men i det siste dukker AuCu-legeringen opp innen nanovitenskap, der den brukes som en katalysator for kjemiske reaksjoner.

I nanometrisk skala brukes også gull-kobber nano - legeringer innen katalyse, spesielt i oksidasjonsreaksjonen av karbonmonoksid til CO 2; men også innen optikk, slik som for den sterke overflaten plasmonresonans .

Syntese

Gull-kobberlegeringen kan opprettes naturlig ved veldig lange geologiske prosesser. Likevel kan den nå syntetiseres ved fusjon, i laboratoriet. Den nanometriske formen genereres av ionimplantasjonsmetoden .

Legeringsegenskaper

Normal skala

En av legeringens hovedegenskaper er dannelsen av intermetalliske forbindelser (Au 3 Cu, AuCu, AuCu 3 ). Disse forbindelser er ordnet faser som er dannet avhengig av sammensetningen av det lavlegerte temperatur: lavere enn 450  ° C . Det ble faktisk demonstrert at det var to faser rundt AuCu (I og II), men fasediagrammene er ofte forenklet til bare de tre forbindelsene nevnt ovenfor. Det samme for AuCu 3- fasen . Ved en temperatur høyere enn den som de bestilte fasene oppnås for, er det en solid løsning av gull og kobber for alle legeringskomposisjonene. Dette betyr at gull og kobber ved høy temperatur er helt blandbare i alle proporsjoner. Vi kan snakke om et modell bimetallisk system for Au-Cu legeringen.

Denne legeringen har et kongruent smeltepunkt ved lav temperatur, det vil si at den lett skifter fra en fast fase til en flytende fase, uten å endre sammensetningen inne i legeringen; dette er det som gjør populariteten. På grunn av sin uordnede form har AuCu-legeringen en kongruent fusjon ved 910  ° C med en sammensetning av 44 atom% kobber. Det tillater også en senking av temperaturen på smeltepunktet. Faktisk er smeltepunktet for rent kobber ved 1084  ° C og det for gull er ved 1064  ° C , mye høyere enn det oppgitte kongruente smeltepunktet.

Nanoskala

Det eksperimentelle fasediagrammet for legeringen i nanoskala er ikke kjent fordi studiet av kalorimetri for nanopartikler fremdeles er komplisert. Bare teoretiske tilnærminger kan vurderes. Nanopartiklene som utgjør systemet har en veldig liten størrelse som kan være mindre enn 10 nanometer. De kan ha forskjellige geometriske former som for eksempel icosahedron, kuben, octahedron, decahedron, dodecahedron og den avkortede octahedron. Av disse er dodekaeder, avkortet oktaeder og ikosaeder de mest stabile strukturer. Effekten av størrelsesreduksjonen på gull-kobberlegeringen vil drastisk senke den kongruente smeltetemperaturen og flytte den til en legeringssammensetning rikere på kobber.

Merknader og referanser

  1. Grégory Guisbiers , Sergio Mejia-Rosales , Subarna Khanal og Francisco Ruiz-Zepeda , “  Gold - Copper Nano-Alloy,“ Tumbaga ”, in the Era of Nano: Phase Diagram and Segregation  ”, Nano Letters , vol.  14, n o  1112. november 2014, s.  6718–6726 ( ISSN  1530-6984 , DOI  10.1021 / nl503584q , leses online , åpnes 19. november 2017 )
  2. (en) H. Okamoto, DJ Chakrabarti, DE Laughlin og TB Massalski, Bulletin of Alloy Phase Diagrams, Vol. 8, No. 5 ,1987( les online ) , Au-Cu (Gold-Copper) System, sider 458, 455, 454
  3. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0001616060900353%7Side s. 489
  4. (i) Charlotte L. Bracey , Peter R. Ellis og Graham J. Hutchings , "  Application of copper-gold alloys in catalysis: current status and future prospects  " , Chemical Society Reviews , vol.  38, n o  8,21. juli 2009( ISSN  1460-4744 , DOI  10.1039 / B817729P , lest online , åpnet 19. desember 2017 )
  5. Peter E. Siegel og Kenneth P. Severin “  den første dokumenterte forhistoriske Gold-Copper Alloy artefakt fra  Vestindia, ” Journal of Archaeological Science , vol.  20, n o  1,1 st januar 1993, s.  67–79 ( DOI  10.1006 / jasc.1993.1005 , lest online , åpnet 19. november 2017 )
  6. "  Det periodiske systemet fra Lavoisier til Mendeleev | CultureSciences-Chimie  ” , på cultureciences.chimie.ens.fr (åpnet 19. november 2017 )
  7. (i) Rong He , Yu-Cheng Wang , Xiaoyong Wang og Zhantong Wang , "  Enkel pentaklesyntese av nanokrystaller i gull-kobberlegering og deres plasmoniske og katalytiske egenskaper  " , Nature Communications , Vol.  5,7. juli 2014, ncomms5327 ( DOI  10.1038 / ncomms5327 , lest online , åpnet 19. november 2017 )
  8. Nye perspektiver i legering av gull og kobber i nanometrisk skala, Hélène Prunier
  9. “  FASERELASJONER I SYSTEMET Au - Cu - Ag PÅ LAVE TEMPERATURER, BASERT PÅ NATURLIGE MONTERINGER  ”, på citeseerx.ist.psu.edu (åpnet 30. november 2017 )
  10. (i) Riccardo Ferrando , Julius Jellinek og Roy L. Johnston , "  Nanoalloys: From Theory to Applications of Alloy Clusters and Nanoparticles  " , Chemical Reviews , Vol.  108, n o  3,1 st mars 2008, s.  853 ( ISSN  0009-2665 , DOI  10.1021 / cr040090g , lest online , åpnet 30. november 2017 )