Les diagrammes de phases binaires sont les diagrammes les plus simples à établir. Les courbes du diagramme de phases déterminent (1) les limites de domaines dans lesquels peuvent exister des phases, (2) la composition et (3) les proportions de ces différentes phases.
Solidification
À l’exception du mercure, lorsqu’on refroidit un métal ou un alliage en fusion à température ambiante entraîne une solidification. Le passage de la phase liquide à la phase solide s’appelle un changement de phase.
Lorsqu’un métal pur en fusion est refroidi, sous pression constante (pression atmosphérique par exemple), le changement de phase s’effectue toujours à une température fixe : le point de fusion. Au point de fusion, les deux phases liquide et solide co-existent.
La détermination de ce point s’effectue en enregistrant la courbe de refroidissement (température en fonction du temps). La cristallisation étant un phénomène exothermique, au passage par le point de fusion, la chaleur perdue par le refroidissement de l’alliage est temporairement compensée, ce que montre la figure 1. Ce palier isotherme est d’autant plus marqué que le refroidissement est lent et que la masse d’alliage est plus grande.
Pour réaliser un alliage, des proportions définies de constituants différents sont fondues et mélangées, puis l’ensemble est refroidi. Comme il a été dit plus haut, le résultat du mélange varie selon les variations relatives de taille des atomes, selon le type de maille d’origine et des propriétés électroniques des différents constituants. Lorsqu’on étudie des alliages, les courbes de solidification deviennent beaucoup plus complexes. Elles comportent alors plusieurs sections de courbes raccordées par des points d’inflexion (figure 2). Parfois, elles comportent également des paliers de solidification isotherme. Chacun des points d’inflexion correspond à une variation du nombre de phases. Ainsi, entre deux points d’inflexion successifs, l’alliage comporte le même nombre de phases.
Le point d’inflexion le plus élevé correspond à l’apparition d’un premier cristal dans l’alliage en fusion, le point d’inflexion le plus bas correspond à la solidification des dernières traces d’alliage en fusion.
Pour construire le diagramme de phase d’un alliage binaire A-B, il suffit d’enregistrer les courbes de refroidissement pour chaque concentration de B dans A en partant de A, métal pur jusqu’à B, métal pur (exemple figure 3).
