Incorporation of refractory elements in the niobium-based alloys
Incorporation d'éléments réfractaires dans les alliages à base de niobium
Résumé
This thesis presents the thermodynamic, kinetics and physical aspects of the development of metallurgical alloys niobium based with high characteristics. The main event is the incorporation of molybdenum in a ternary alloy niobium-aluminum-titanium. To meet the requirements of purity and structural uniformity, alloying is the major step. The technique of inductive cold crucible is a method well suited to this development. Joined to the cold crucible, a method of measuring the temperature of the surface of the liquid bath is used, which eliminates any contamination problem. Measurements are performed by infrared-ultratviolet-coupled pyrometer allowing to separate the effects of temperature change and variations in emissivity. Data on the equilibrium phase at high temperature niobium-titanium-aluminum system and the system derivative by addition of molybdenum and zirconium are established. A modification of the projection of the liquidus niobium-titanium-aluminum system and an isothermal section at 1200 °C are available. The evolution of the phase boundaries for a zirconium content of 1% and the molybdenum content of 4% and 8% (atomic fraction) is specified. These results are observed for the raw sample and annealed at 1200 ° C. To better understand the phenomena that influence the dissolution of a refractory addition (niobium, molybdenum or nickel) in a aluminum metal bath, a physicochemical model is proposed. This numerical model, focused on phenomena at the interface, describes the mass and heat transfer phenomena. It takes into account the solid-liquid equilibria and the thermic effect of mixing. All the answers provided to the development of the problem of refractory alloys should allow a more rational conduct of the elaboration.
Le mémoire présente les aspects thermodynamiques, cinétiques et physiques de l'élaboration métallurgique d'alliages à hautes caractéristiques à base de niobium. Le cas principal est l'incorporation de molybdène dans un alliage ternaire niobium-aluminium-titane. Afin de répondre aux spécifications de pureté et d'uniformité structurale, la préparation des alliages a constitué une étape majeure. La technique du creuset froid inductif est un procédé bien adapté à l'élaboration. Conjointement au creuset froid, une méthode de mesure des températures de surface du bain liquide est utilisée, qui permet de s'affranchir de tout problème de contamination. Les mesures sont réalisées par pyrométrie couplée ultratviolet-infrarouge qui permet de séparer les effets du changement de température et des variations d'émissivité. Des données sur les équilibres de phases à haute température du système niobium-aluminium-titane et du système dérivé par ajout de molybdène et de zirconium sont établies. Une modification de la projection du liquidus du système niobium-aluminium-titane et une coupe isotherme à 1200°C sont proposées. L'évolution des limites de phases pour une teneur en zirconium de 1% et des teneurs en molybdène de 4% et 8% (en fraction atomique) est précisée. Ces résultats sont observés sur les échantillons bruts et recuits à 1200°C. Afin de mieux cerner les phénomènes qui conditionnent la dissolution d'une addition réfractaire (niobium, molybdène ou nickel) dans un bain métallique (à base aluminium), un modèle physico-chimique est proposé. Ce modèle numérique, axé sur les phénomènes à l'interface, décrit les phénomènes de transfert de masse et de chaleur. Il prend en compte les équilibres solide-liquide et l'effet thermique de mélange. L'ensemble des réponses ainsi apportées au problème de l'élaboration d'alliages réfractaires devrait permettre une conduite plus rationnelle des élaborations.