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Thèse Année : 2004

Phase Separation in Al-Zr-Sc Alloys: from Atomic Jumps to Ordered Precipitates Growth

Séparation de Phase dans les Alliages Al-Zr-Sc: du Saut des Atomes à la Croissance de Précipités Ordonnés

Résumé

Zirconium and scandium addition to aluminium alloys leads to the formation of ordered precipitates. This study aims to a better understanding of precipitation kinetics thanks to an approach combining atomic and mesoscopic models. An experimental work has been undertaken too so as to characterize by transmission electron microscopy Al3Zr kinetics of precipitation.

We mainly focus on the nucleation stage and, in this purpose, an atomic model lying on a rigid lattice has been built for Al-Zr-Sc system allowing us to study precipitation with kinetic Monte Carlo simulations. While keeping the vacancy exchange mechanism for diffusion, we introduce multi-site interactions, going thus beyond
a simple pair interaction model, and test the influence of these interactions on kinetics of precipitation. The comparison between Monte Carlo simulations and classical nucleation theory shows that mesoscopic models can lead to a good description of the nucleation stage of Al3Zr and Al3Sc as long as the order tendency of the system has been taken into account to calculate input parameters of these models. For the ternary Al-Zr-Sc system, atomic simulations
allow a better understanding of the precipitation kinetic path. It is then possible to extend the field of classical nucleation theory so as to model nucleation in a ternary alloy where the stoichiometry of the precipitates is unknown.
L'addition de zirconium et de scandium aux alliages d'aluminium conduit à la formation de précipités ordonnés. L'objectif de cette étude est d'aboutir à une meilleure compréhension de la cinétique de précipitation en confrontant modélisation à l'échelle atomique et mésoscopique, un travail de caractérisation expérimentale par microscopie électronique à transmission de la cinétique de précipitation de Al3Zr ayant été également entrepris.

Nous nous intéressons principalement au stade de germination et dans ce but un modèle atomique sur réseau rigide est construit pour le système Al-Zr-Sc permettant d'étudier la cinétique de précipitation par simulations de Monte Carlo cinétique. Tout en conservant le mécanisme d'échange lacunaire, nous avons testé l'influence sur la cinétique de précipitation de la prise en compte d'interactions effectives de multiplets, allant donc au-delà d'un simple modèle énergétique de paire. La confrontation des résultats des simulations Monte Carlo avec la théorie classique de germination montre que les modèles mésoscopiques conduisent à une bonne représentation du stade de germination de Al3Zr et Al3Sc,
dès lors que la tendance à l'ordre du système étudié est prise en compte dans le calcul des grandeurs d'entrée de ces modèles. Quant à la cinétique de précipitation dans le système ternaire Al-Zr-Sc, les simulations atomiques permettent, à partir d'une meilleure compréhension du chemin cinétique, d'étendre la théorie classique de germination afin de modéliser la germination dans un alliage ternaire où les précipités sont de composition non connue a priori.
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Dates et versions

tel-00005967 , version 1 (27-04-2004)
tel-00005967 , version 2 (27-04-2004)
tel-00005967 , version 3 (10-03-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00005967 , version 2

Citer

Emmanuel Clouet. Séparation de Phase dans les Alliages Al-Zr-Sc: du Saut des Atomes à la Croissance de Précipités Ordonnés. Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]. Ecole Centrale Paris, 2004. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00005967v2⟩
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