Stabilité, effet d'adition et propriétés d'intermétalliques et d'alliages à précipitation : étude numérique (ab initio) des bases Cu et Fe-Al
par Abdelhafid Kellouch
Thèse de doctorat en Science pour l'ingénieur. Chimie des matériaux
Sous la direction de Hafid Aourag.
Soutenue en 2004
à Besançon en cotutelle avec l'Université de Belfort-Montbéliard .
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Résumé
Ce travail présente une application d'une méthode de calcul type ab inition à des alliages métalliques. Il consiste à déterminer les tendances générales qui caractérisent leurs comportements ainsi que l'amélioration de leurs propriétés physiques (mécaniques, transports, ). Les calculs effectués dans ce travail ont clairement mis en évidence les effets des additions ternaires 3d (Ti, V, Cr) et 4d(Zr, Nb, Mo) pour les alliages Cu-Ag et leurs rôles sur les propriétés mécaniques et de transport. En parallèle, les effets des petits atomes (B, C, N, O) en substitution, des lacunes ainsi que la non-stœchiométrie ont été bien éclaircis dans le cadre des alliages FeAl. Les résultats obtenus ont également démontré la stabilité et le rôle des précipitations qui peuvent renforcer la matrice pure : structures des Laves binaires et ternaires du système Cr-Zr-Nb et leurs comportement à haute températures pour les alliages base Cu et structures Heusler Fe2AlTi et Fe2AlCr pour le FeAl. Les calculs ont été aussi élargis aux couches fines (multicouches) à base Cu/Ag et Cu/AgZr en vue de leur éventuel développement par les techniques de croissance récemment acquises par le laboratoire (notamment les techniques PVD et CVD). Cette étude a clairement démontré le potentiel des méthodes de calcul dans la conception de nouveaux matériaux en combinant les effets de température, de concentration, des défauts, etc. En connaissant les tendances et la corrélation entre les propriétés microscopiques et macroscopiques, le concepteur peut ainsi être guidé dans ses choix pour trouver les alliages correspondants aux propriétés requises sans avoir recours à des expériences coûteuses.
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Titre traduit
Stability and effects of ternary alloying elements on properties of intermetallic and intermetallic precipitation hardened alloys : a numerical study of Cu-Ag and Fe-Al based alloys
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Résumé
This work consists in applying a computational method based on the quantum mechanical calculations ( ab inition method) to metal alloys. This method is used to determine the general tendencies which characterize their behaviours as well as to improve their physical properties (mechanical, transport etc). The calculations were carried out to study the effects of the ternary additions 3d (Ti, V, Cr) and 4d (Zr, Nb, Mo) on the mechanical and transport properties of the Cu-Ag alloys as well as the effects of small atoms (B, C, N, O) and the deviation from the stoechiometry in the FeAl alloys. The stability of the second phases that can reinforce the pure matrix were also investigated: Laves structures for the Cr-Zr-Nb system and their behaviour at high temperatures in Cu-based alloys, Heusler structure Fe2AlTi and Fe2AlCr for FeAl. The calculations were also extended to the ultra-fine Cu/Ag and Cu/AgZr films (multilayer) since they present a possible development by the growth techniques recently acquired by the laboratory (in particular PVD and CVD techniques). Finally, this study also showed the potential of the ab inition method for the design of new materials by combining the effects of temperature, concentration, defects. Etc. Knowing the tendencies and the correlation between the microscopic and macroscopic properties, the designer can be well guided for the development of new alloys with the required properties without making expensive experiments.
