Modélisation des cinétiques de réactions multiples dans les alliages métalliques : étude de la microségrégation lors de la solidification dendritique, péritectique et eutectique d'alliages aluminium-nickel

par Damien Tourret

Thèse de doctorat en Sciences et génie des matériaux

Sous la direction de Charles-André Gandin.

Soutenue en 2009

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Les poudres d'alliages aluminium-nickel produites par atomisation peuvent être traitées pour préparer du nickel de Raney, un catalyseur utilisé dans de nombreux procédés industriels. L'activité du catalyseur dépend fortement du déroulement des multiples réactions de solidification pendant l'atomisation. Un modèle de microségrégation pour la solidification d'alliages métalliques est alors développé. En considérant des flux de diffusion finis, des cinétiques de réactions dendritique, péritectique et eutectique et des surfusions de germination, une alternative plus évoluée est proposée aux modèles de Gulliver-Scheil ou de la loi des leviers. Le couplage avec des calculs d'équilibre thermodynamique est effectué pour évaluer les compositions des interfaces et les termes d'enthalpie dans le bilan d'énergie. Le modèle est appliqué à un alliage binaire, avec des densités de phases constantes, pour simuler le procédé d'atomisation de gouttes d'alliage Al-Ni. Un modèle dédié est choisi pour les conditions aux limites d'échange de chaleur. Les résultats sont comparés à des mesures expérimentales obtenues par diffraction de neutron. Des interprétations sont alors établies sur les comportements non triviaux des alliages Al-Ni solidifiés rapidement. Le modèle proposé permet ainsi d'appréhender les effets concurrents des différentes cinétiques (diffusion chimique, bilan d'énergie, vitesse croissance des microstructures, etc. ) lors de la solidification hors équilibre. Les principaux développements envisageables autour de ce travail incluent : l'extension aux alliages multicomposés, l'inclusion de densités variables, le couplage avec des calculs macroscopiques

  • Titre traduit

    Modelling of multiple and concurrent transformations kinetics in metallic alloys : Study of microsegregation during dendritic, peritectic and eutectic solidification of aluminium-nickel alloys


  • Résumé

    Atomised powders of aluminium-nickel alloys may be processed to obtain Raney nickel, a catalyst used in numerous industrial processes. Catalytic activity strongly depends on the progress of the multiple solidification reactions during atomisation. A microsegregation model for metallic alloys solidification is thus developed. Considering finite diffusion fluxes, dendritic, peritectic and eutectic reactions kinetics and nucleation undercoolings, an advanced alternative to Gulliver-Scheil model or the lever rule is proposed. Coupling with thermodynamic equilibrium calculations is achieved to evaluate interfacial compositions and enthalpy terms in the energy balance. The model is applied to a binary alloy, with constant densities of phases, to simulate the atomisation process of Al-Ni alloy droplets. A dedicated model is chosen for the heat transfer boundary conditions. Results are compared to measurements from neutron diffraction experiments. Interpretations are thus given on the non trivial behaviour of rapidly solidified Al-Ni alloys. The proposed model allows estimating concurrent effects of different kinetics (chemical diffusion, heat balance, microstructures growth kinetics, etc. ) during solidification out of equilibrium. Main prospective developments from this work include: extension to multicomponent alloys, introduction of variable densities, coupling with macroscopic calculations

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  • Détails : 1 vol. (174 p.)
  • Annexes : Bibliographie 83 réf.

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