Experimental and Thermodynamic Investigation of RE-Mg-Zn (RE=Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu) Systems

Lors d'une “optimisation” / modélisation thermodynamique, des paramètres du modèle ajustables sont affinés à partir de toutes les données thermodynamiques et d'équilibres de phases disponibles de façon à obtenir un ensemble d'équations du modèle dépendant de la température et de la composition. A partir de ces équations du modèle, toutes les propriétés thermodynamiques et tous les diagrammes de phases peuvent être calculés par minimisation de l'énergie de Gibbs à l'aide d'un logiciel tel que FactSage. En général, l'optimisation d'un système ternaire commence par l'optimisation des trois sous-systèmes binaires. Les paramètres binaires du modèle sont ensuite utilisés pour estimer les propriétés des phases ternaires, et ces estimations sont ensuite améliorées par l'introduction de paramètres ternaires si nécessaire de façon à reproduire les données ternaires disponibles. Tous les systèmes binaires Mg-Zn et Mg-RE (où RE = terre rare) ont déjà été optimisés auparavant et les paramètres du modèle pour ces systèmes sont disponibles dans le logiciel FactSage. Dans le présent projet, tous les systèmes binaires RE-Zn et la plupart des systèmes ternaires RE-Mg-Zn sont optimisés.En premier lieu, toutes les données thermodynamiques et de diagrammes de phases disponibles pour les systèmes Re-Zn (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) ont été rassemblées et évaluées de manière critique. Les terres rares ont des propriétés très similaires. Les diagrammes de phases de tous les systèmes Re-Zn sont très semblables. Les tendances observées dans les propriétés des systèmes terre rare (RE)-Zn pour toute la séquence des terres rares ont été exploitées pour estimer les données manquantes et pour vérifier la cohérence des données existantes. Le Modèle de Miedema est également utilisé dans le présent projet pour évaluer l'enthalpie de mélange des phases liquides. A partir de toutes les données disponibles, une évaluation critique et une optimisation thermodynamiques de ces systèmes a été effectuée et des paramètres du modèle pour les propriétés thermodynamiques de toutes les phases ont été obtenus. En second lieu, des expériences de diffraction de neutrons (DN) in-situ ont été réalisées pour des échantillons choisis dans les systèmes Ce-Mg-Zn et Nd-Mg-Zn de façon à identifier les phases et les températures de transition. Grâce à la grande capacité de pénétration des neutrons, des échantillons de grande taille (10-20 grammes) peuvent être utilisés dans le présent travail, conduisant à un meilleur contrôle de la composition et à une résistance à l'oxydation accrue. Des informations plus précises à propos des relations de phases et du comportement en transformation découlent des présentes expériences de DN car celles-ci sont réalisées in-situ à des températures élevées. Toutes les données expérimentales de DN sont utilisées pour valider et affiner le modèle thermodynamique. Finalement, toutes les données de diagrammes de phases pour les systèmes RE-Mg-Zn ont été évaluées de manière critique et tous les systèmes ternaires RE-Mg-Zn (à l'exception de Sc-Mg-Zn, Pm-Mg-Zn, Eu-Mg-Zn et Yb-Mg-Zn) ont été optimisés à partir des systèmes binaires Mg-Zn, Mg-RE et RE-Zn. Les tendances et régularités observées sont utilisées à nouveau lors de l'optimisation des systèmes ternaires. Comme on pouvait s'y attendre, tous les systèmes RE-Mg-Zn sont liés de près. Les systèmes Ce-Mg-Zn et Nd-Mg-Zn sont optimisés de façon critique en prenant en compte les nouvelles données de DN. L'optimisation thermodynamique de tous les autres systèmes RE-Mg-Zn est grandement facilitée par l'optimisation simultanée des systèmes Ce-Mg-Zn et Nd-Mg-Zn. Il faut noter que le Modèle Quasichimique Modifié (MQM) est utilisé dans le présent projet pour décrire la phase liquide. Puisque l'ordre à courte distance est pris en compte par ce modèle, on s'attend à une meilleure description de la phase liquide. Le présent projet a pour but de construire une banque de données thermodynamiques la plus complète et la plus précise possible pour les systèmes RE-Mg-Zn. Les chercheurs s'intéressant aux alliages de Mg pourront en bénéficier.