Alliages de Rhénium : Modélisation, Intermétalliques et Diagrammes de phasEs – ARMIDE

Ce projet consiste en une étude systématique et fondamentale des systèmes métaux de transition-rhénium. La place centrale du rhénium dans le tableau périodique confère à cet élément un rôle particulier dans la constitution des systèmes d’éléments de transition et dans la formation des phases intermétalliques de ces éléments.

Les systèmes à base de rhénium sont intéressants pour le développement des applications liées à son utilisation, en particulier comme élément d’addition dans les super-alliages à base nickel. Ils sont caractérisés par la présence de phases intermétalliques de Frank-Kasper (ou topologiquement compactes), présentant un fort degré de non-stœchiométrie, comme les phases sigma et chi. La précipitation de ces phases fragiles constitue un obstacle au développement des applications.

La méthode de modélisation thermodynamique Calphad permet la prévision de l’état d’équilibre de systèmes multi-constitués après la modélisation des systèmes simples constitutifs. Elle permet donc de prédire la précipitation de ces composés intermétalliques. Leur description bénéficie de récents apports comme l’utilisation des résultats de calculs ab initio tels que l’enthalpie de formation des composés, l’utilisation des fractions de sites mesurées et la proposition de nouveaux modèles.

Des systèmes ont été sélectionnés et seront étudiés dans ce projet :
- Mn-Re et Fe-Re car ce sont des systèmes importants et très mal connus expérimentalement
- Cr-Mo-Nb-Re-Ta-W car des extrapolations peuvent rapidement être obtenues à partir des simples systèmes binaires
- Mo-Re-Hf et Mo-Re-Zr car ils permettent une étude fondamentale de la phase chi ternaire
-Mo-Ni-Re qui sera étudié complètement et qui est un système extrêmement important pour les super-alliages

Ces systèmes seront étudiés par différentes techniques :
- mesures expérimentales des diagrammes de phases : des alliages seront synthétisés et caractérisés à l’équilibre et/ou par analyse thermique
- détermination des structures cristallines : la distribution des éléments sur les différents sites dans les phases non-stœchiométriques sera obtenue par application de la méthode de Rietveld
- mesures des propriétés thermodynamiques : des mesures d’enthalpie de formation seront effectuées par calorimétrie
- calcul ab initio : les enthalpies de formation des composés ordonnés à 0 K seront obtenues, ainsi que les structures électroniques permettant de comprendre la liaison, la stabilité des phases et les interactions entre les différents éléments

Les données obtenues seront utilisées dans le cadre d’une modélisation par la méthode Calphad. Des modèles adaptés à chaque phase non-stœchiométrique seront développés et comparés.

Les buts du projet sont les suivants :
- obtenir une description complète des systèmes métal de transition-rhénium, une meilleure connaissance des phases intermétalliques et une meilleure compréhension du rôle particulier du rhénium dans les systèmes d’éléments de transition
- comprendre les phénomènes gouvernant la distribution des éléments sur les sites dans les phases sigma et chi ternaires
- étudier complètement un système ternaire (Mo-Ni-Re) fondamental pour les applications du rhénium comme élément d’addition pour les super-alliages de nickel.
- développer une base de données thermodynamique sur les systèmes métal de transition-rhénium