Étude du mélange à l'état solide lors de la mécanosynthèse d'alliages Fe-X (X = CR, MN, V, MO) et étude de la mise en ordre d'alliages Fe-V élaborés par cette technique

• Auteur / Autrice : Tiffany Ziller
• Direction : Gérard Le Caër
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Jury : Président / Présidente : Jacques Foct
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Isnard, Gérard Le Caër
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Gaffet, Jean-François Dinhut

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fer -- Alliages

Spectroscopie Mössbauer

Mécanosynthèse

Mots clés libres

Métaux

Métallurgie

Alliage mécanique

Poudre métallique

Résumé

Les évolutions, au cours de la mécanosynthèse, de mélanges de poudres Fe-X (X=Cr,Mn,V,Mo) ont été caractérisées de l'échelle de la particule de poudre jusqu'à l'échelle atomique par granulométrie laser, MEB, microsonde, diffraction des rayons X et des neutrons, spectrométrie Mössbauer et mesures d'aimantation et de susceptibilité. Nous avons mis en évidence une combinaison des éléments plus rapide lorsque l'évolution thermodynamique du système conduit au mélange (Fe₀. ₂₈Mn₀. ₇₂) que lorsqu'elle conduit à une démixtion (Fe₀. ₃₀Cr₀. ₇₀). Dans nos conditions de broyage, l'état stationnaire du mélange Fe₀. ₃₀Cr₀. ₇₀ n'est pas une solution solide homogène mais est caractérisé par des fluctuations de composition à une échelle de quelques nanomètres. Ces différents résultats ne peuvent s'expliquer que par une compétition entre un mécanisme de mélange forcé par le broyage et un processus thermique de démixtion. Une phase amorphe se forme, lors de la mécanosynthèses de mélanges de poudres Fe₀. ₃₀Mo₀. ₇₀ et Fe₀. ₆₆Mo₀. ₃₄ aux interfaces entre les lamelles de Fe et Mo. Cette amorphisation est probablement due à la fois à l'asymétrie des coefficients de diffusion des deux espèces et à une déstabilisation du réseau cristallin induite par le mélange forcé des éléments au-delà d'une certaine limite de concentration. La mise en ordre (A2-+B2), par recuit, d'alliages Fe-V élaborés par mécanosynthèse, a été étudiée par diffraction des neutrons et spectrométrie Mössbauer. À 450°C, le degré d'ordre d'un alliage Fe₀. ₅₃ V₀. ₄₇ se stabilise à une valeur anormalement basse. Nous avons attribué ces caractéristiques à la subsistance de débris de parois d'antiphase ne pouvant s'éliminer que lorsque la température est assez élevée pour permettre une migration des lacunes à longue distance. Nous avons également confirmé l'existence d'un domaine biphasé A2+B2, prévu par la théorie, dans lm alliage Fe₀. ₃₇V₀. ₆₃ recuit à 450°C.

The evolutions of Fe-X (X=Cr,Mn,V,Mo) elemental powders mixtures during mechanical alloying have been characterized from the scale of the powder particle down to the atomic scale by laser granulometry, scanning electron microscopy, microprobe analysis, X-ray and neutron diffraction, Mossbauer spectroscopy and magnetic and susceptibility measurements. When the thermodynamic evolution of the system leads to mixing (Fe₀. ₂₈Mn₀. ₇₂), the combination of the elements is faster th an when it leads to unmixing (Fe₀. ₃₀Cr₀. ₇₀). In our milling conditions, the stationary state of Fe₀. ₃₀Cr₀. ₇₀ powders mixture is not a homogeneous solid solution but presents nanosized composition fluctuations. These results can only be explained in the light of a competition between a driven mixing mechanism and a thermal unmixing process. During mechanical alloying of Fe₀. ₃₀Mo₀. ₇₀ and Fe₀. ₆₆Mo₀. ₃₄ powder mixtures, an amorphous phase is formed at the interfaces between the Fe and Mo layers. This amorphisation seems to be due to the asymmetry of the diffusion coefficients of Fe and Mo added to a destabilization of the crystalline lattice linked to the driven mixing of the elements beyond a critical concentration. The ordering (A2-+B2) under annealing of Fe-V alloys synthesized by mechanical alloying has been studied by neutrons diffraction and Mossbauer spectroscopy. At 450°C, the order parameter of Fe₀. ₅₃ V₀. ₄₇ stabilizes at an unusual low value that can be attributed residual fragments of antiphase boundaries. Only high enough temperatures can lead to the elimination of these defects thanks to long range migration of vacancies. An A2+B2 two phase domain, predicted by the theory, has been observed in Fe₀. ₃₇V₀. ₆₃ alloy annealed at 450°C.