Laboratoire de Physico-Chimie de l'Etat Solide - LPCES

1 : Démixtion/précipitation dans des alliages modèles monocristallins Cu-Fe-Ni.

La cinétique d'évolution de ces alliages a été analysée en collaboration avec O. Lyon du LURE par diffusion anomale des rayons X aux petits angles ou au voisinage des pics de diffraction de Bragg.
Rappelons que l'effet anomal consiste à utiliser la variation du facteur de diffusion atomique d'un des éléments constitutifs au voisinage de son seuil d'absorption, ce qui permet de caractériser le rôle de cet élément dans la précipitation et dans certains cas, d'augmenter le contraste pour des éléments voisins dans la classification périodique qui seraient indiscernables sur des montages classiques.
Bien que les alliages industriels soient en majorité des polycristaux, nous travaillons sur des monocristaux pour éviter les effets de moyennage géométrique qui masquent souvent des anisotropies dans la forme des précipités, leur répartition, leur influence sur la matrice.

Deux types de données peuvent être atteintes à partir des spectres bi-dimensionnels:

- les paramètres chimiques gouvernant la diffusion aux petits angles due aux précipités (taille, distribution en taille, interdistance, fraction volumique, composition chimique).
- les paramètres topologiques du système, par mesure de la diffraction des pics de Bragg et au voisinage de ces pics (diffusion de Huang), permettant de déterminer respectivement les paramètres cristallins et la symétrie des déformations élastiques précipités/matrice.

Dans l'alliage monocristallin 0.425Cu-0.16Fe-0.415Ni (at.), la démixtion s'effectue suivant deux phases : une matrice (M) enrichie en Cu et des précipités (P) enrichis en (Ni+Fe).

La Figure 1a montre les courbes d'isointensité du spectre, à 2 dimensions, de diffusion aux petits angles, obtenu à l'aide du rayonnement synchrotron sur un échantillon vieilli pendant 4h à 823K et orienté parallèlement au plan {0-11}. Ce spectre révèle la partie chimique de la diffusion. Il est anisotrope et montre deux forts maxima bien définis dus à une des 3 familles possibles de précipités s'alignant suivant les directions <100>. Ce maximun de diffusion traduit une forte corrélation de position des nombreux précipités le long de ces directions <100>. Dans l'approximation exponentielle de Guinier, des rayons de giration déterminés parallèlement et perpendiculairement à la direction de l'empilement des précipités et égaux respectivement à 30 et 37 Å, ont été calculés. La fraction volumique de ces précipités cylindriques enrichis en (Ni+Fe) a été trouvée égale à 56 ± 5 %.

La conode x de l'équilibre à 823K vaut 2.0±0.2. Les figures 1b, c et d montrent les fonctions de structure partielles SFe-Fe(q), SNi-Ni(q) et SCu-Cu(q) déterminées pour les homopaires d'atomes. Les paramètres Rg parallèle et Rg perpendiculaire ont également été calculés. Ceux déduits de SFe-Fe(q) et SNi-Ni(q) sont caractéristiques des précipités enrichis en (Ni+Fe) alors que ceux déduits de SCu-Cu(q) sont caractéristiques de la matrice enrichie en Cu.

      fig1a fig1b
      fig1c fig1d
Figure 1 : Spectres de diffusion centrale bi-dimensionnels obtenus sur un alliage Cu-Fe-Ni vieilli 4h à 823K.


Les spectres de diffusion enregistrés sur un échantillon, vieilli pendant 3h à 773K, au voisinage du pic (200) de Bragg sont représentés dans les Figures 2a à d. Le pic de Bragg très intense est masqué par un "beam-stop" pour éviter l'endommagement du détecteur. Au voisinage du seuil d'absorption du Fe (7104 eV) et du Ni (8322eV), les spectres de diffusion sont dissymétriques. Le maximum de diffusion est plus fort dans la région dq < 0. Au voisinage du seuil d'absorption du Cu (8700 eV), le spectre devient symétrique et, pour une petite augmentation de l'énergie des photons incidents (8973 eV), le maximum de diffusion devient plus fort dans la région dq > 0.

L'analyse de ces spectres montre que les précipités sont en compression alors que la matrice enrichie en Cu est en dilatation. Le système étudié consiste alors en une succession de couches comprimées et dilatées très stable suivant la direction de l'empilement, la croissance des précipités ne pouvant se faire que dans la direction orthogonale.

      16 mars, 2007r" width="298">fig2a
      fig2b
      fig2c fig2d
Figure 2 : Spectres de diffusion bi-dimensionnels enregistrés au voisinage du pic de Bragg (200) sur un échantillon vieilli pendant 3h à 773K.

 
16 mars, 2007