Démixtion et ségrégation superficielle dans les alliages fer-chrome : de la structure électronique aux modèles thermodynamiques

Résumé : Les aciers ferritiques éventuellement renforcés par dispersion d'oxydes sont envisagés comme matériaux de structure pour les réacteurs nucléaires de génération IV et de fusion. Leur utilisation est cependant limitée par une connaissance incomplète du diagramme de phases de l'alliage fer-chrome aux températures d'intérêt technologique et des phénomènes induisant la ségrégation préférentielle de l'un des éléments aux joints de grains ou en surface. Dans ce contexte, ce travail de thèse apporte une contribution à l'étude multi-échelle de l'alliage modèle binaire fer-chrome et de ses surfaces libres par simulations numériques. Nous commençons cette étude par des calculs ab initio de propriétés liées au mélange d'atomes de fer et de chrome. Nous mettons en évidence une physique complexe contrôlée par les interactions entre les moments magnétiques et l'environnement chimique local des atomes de chrome. Les propriétés surfaciques se révèlent également sensibles à l'effet du magnétisme atomique. C'est le cas par exemple de la ségrégation d'impuretés de chrome dans le fer ou de leur interaction à proximité de la surface. Dans un deuxième temps, nous construisons un modèle énergétique d'interactions de paires sur réseau rigide. Une dépendance des interactions en composition locale et en température permet de reproduire les résultats ab initio à température nulle et les résultats expérimentaux à haute température tout en restant efficace numériquement. Grâce à ce modèle, nous déduisons les limites de solubilité du chrome dans le fer-α à toutes températures par des simulations de Monte Carlo et un traitement statistique de champ moyen. La dernière étape de notre étude consiste à introduire les surfaces libres dans notre modèle énergétique. On étudie alors l'effet sur la ségrégation des différentes propriétés volumiques et surfaciques mises en évidence par les calculs ab initio. Enfin, nous calculons des isothermes de ségrégation. Nous proposons ainsi un modèle d'évolution de la composition des surfaces de l'alliage fer-chrome en fonction de sa composition en volume.


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Contributeur : Maximilien Levesque <>
Soumis le : vendredi 4 mars 2011 - 17:08:43
Dernière modification le : mercredi 28 septembre 2016 - 13:55:04

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Maximilien Levesque. Démixtion et ségrégation superficielle dans les alliages fer-chrome : de la structure électronique aux modèles thermodynamiques. Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]. Université Paris Sud - Paris XI, 2010. Français. <tel-00573815>

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