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Alliages à base de Magnésium

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Le magnésium, dont la densité représente approximativement un quart de celle des aciers et deux tiers de celle de l’aluminium, est le plus léger de tous les métaux de structure. Ceci fait de l’alcalino-terreux un candidat de choix pour réduire l’impact environnemental de l’industrie des transports via une réduction du poids des structures. Cette voie est la plus prometteuse pour développer l’industrie du magnésium à grande échelle, cependant pour se faire le magnésium doit notamment pénétrer le moteur et les transmissions des véhicules, l’exposant à des températures dépassant les limites de stabilité des alliages standards. Le magnésium est également présent au sein de divers marchés de niche, comme l’armement et l’aérospatial, les composites renforcés de fibres de carbone ou de carbures, ou encore des applications médicales grâce à sa bonne biocompatibilité.

Nous nous intéressons aux systèmes Mg-Al-C ainsi que Mg-B-C pour lesquels les carbures ternaires Al2MgC2 et MgB2C2 ne figurent pas dans les bases de données thermodynamiques. De plus, nous souhaitons étudier les systèmes binaires Mg-Mn, Mg-Fe, Mg-Cr, ainsi que Mg-Zr qui sont caractérisés par une large lacune de miscibilité dans le liquide. Ces systèmes ont pour point commun une pénurie de données expérimentales pour des températures supérieures à 1000°C. Ce manque est causé par les difficultés expérimentales rencontrées avec le magnésium lorsque la température augmente. La première est liée au caractère fortement réducteur du matériau, dont l’avidité pour l’oxygène provoque des réactions fortement exothermiques que l’on peut notamment admirer lors des feux d’artifices. La seconde est provoquée par le caractère fortement volatile du magnésium, dont la pression de vapeur saturante atteint 1 bar à 1100°C pour dépasser les 10 bars à 1500°C.

Figure 1 : Section isotherme du diagramme Mg-Al-C calculée à 1000K avec Thermocalc à gauche, et le diagramme Mg-Mn [Mezbahul-Islam, Journal of Materials, 2014] à droite.

Ces difficultés expérimentales ont étés surmontées via l’utilisation de creusets tantale ou tungstène scellés sous argon et dimensionnés pour tenir mécaniquement face à 70 bars de pression. Ce dispositif devrait nous permettre de travailler avec le magnésium jusqu’à des températures maximales de 2000°C.

Figure 2 : Des creusets en Ta scellés sous Ar sont eux même protégés de l’oxydation lors des synthèses par une ampoule en quartz scellée sous Ar.

Nous avons pour perspectives d’obtenir des données par analyse thermique quant aux phases ternaires Al2MgC2 et MgB2C2, ainsi que quant à la température des réactions monotectiques L’’=L’+X(s) dans les systèmes binaires Mg-X. Nous utiliserons dans un second temps ces données afin d’optimiser la description thermodynamique des phases et des systèmes d’intérêt.



Thèse de Guillaumes Deffrennes
"Thermodynamique et cinétique des réactions interfaciales entre alliages de magnésium et renfort métalliques ou céramiques"