Contribution to the development of a New Approach of Compound Energy Formalism (NACEF) - Université de Lorraine Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Contribution to the development of a New Approach of Compound Energy Formalism (NACEF)

Contribution au développement d'une Nouvelle Approche du Compound Energy Formalism (NACEF)

Résumé

In a current context of reducing energy consumption, it is necessary in many industrial fields to develop new materials such as multi-compound metal alloys. Their characterization in a purely experimental way quickly becomes impossible to realize, digital simulation tools become unavoidable. As such, the CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) approach is the most appropriate numerical tool for thermodynamic processing of multi-constituent systems. This is a semi-empirical method for describing the Gibbs energies of the phases of a system by mathematical functions by adjusting certain parameters from a set of information relating to the equilibrium phase or the thermodynamic and structural properties. Based on the sublattice model, Compound Energy Formalism (CEF) is widely used in CALPHAD modeling to describe Gibbs energy of phases that have multiple sublattices. The work presented in this dissertation is a contribution to the development of a New Approach to Compound Energy Formalism (NACEF) that aims to increase its potential. In this thesis, the new NACEF approach is presented in the case of multi-subnet binary phases with anti-site defects. We applied NACEF in the modeling of 2 binary systems in order to demonstrate its potential and in particular its ability to make model simplifications compatible. This is the Fe-Nb system in which the Laves C14 phase has been described by the 3-sublattice model and the Co-Cr system where the σ phase has been modeled with 5 sublattices. In the last chapter, we propose an extrapolation method based on NACEF which allows to obtain an estimate of the energies of the ordered configurations of a multi-constituted phase from those of the binary configurations. The results obtained on many systems in the case of the C14 and σ phases indicate a strong correlation between the extrapolated values and those obtained by DFT.
Dans un contexte actuel visant à réduire les consommations d’énergies, il est nécessaire dans de nombreux domaines industriels de développer de nouveaux matériaux tels que les alliages métalliques multi-constitués. Leur caractérisation d’une manière purement expérimentale devenant rapidement impossible à réaliser, les outils de simulation numériques deviennent incontournables. A ce titre, l’approche CALPHAD (Calculation of Phase Diagram) constitue l’outil numérique le plus adapté pour traiter d’un point de vue thermodynamique les systèmes multi-constitués. Il s’agit d’une méthode semi-empirique permettant de décrire par des fonctions mathématiques les énergies de Gibbs des phases d’un système en ajustant certains paramètres à partir d’un ensemble d’informations relatives aux équilibres ente phases ou aux propriétés thermodynamiques et structurales. Basé sur le modèle de sous-réseaux, le Compound Energy Formalism (CEF) est largement utilisé dans les modélisations de type CALPHAD afin de décrire l’énergie de Gibbs de phases qui présentent plusieurs sous-réseaux. Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution au développement d’une Nouvelle Approche du Compound Energy Formalism (NACEF) qui vise à accroître son potentiel. Dans ce mémoire est présentée la nouvelle approche NACEF dans le cas des phases binaires à multiple sous-réseaux qui présentent des défauts de type anti-site. Nous avons appliqué NACEF dans la modélisation de 2 systèmes binaires afin d’en démontrer le potentiel et en particulier son aptitude à rendre compatibles les simplifications de modèle. Il s’agit du système Fe-Nb dans lequel la phase de Laves C14 a été décrite par le modèle à 3 sous-réseaux et du système Co-Cr où la phase σ a été modélisée avec 5 sous-réseaux. Dans le dernier chapitre, nous proposons une méthode d’extrapolation basée sur NACEF qui permet d’obtenir une estimation des énergies des configurations ordonnées d’une phase multi-constituée à partir de celles des configurations binaires. Les résultats obtenus sur de nombreux systèmes dans le cas des phases C14 et σ indiquent une forte corrélation entre les valeurs extrapolées et celles obtenues par DFT.
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Dates et versions

tel-02970053 , version 1 (17-10-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02970053 , version 1

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Citer

Mohamad Badran. Contribution to the development of a New Approach of Compound Energy Formalism (NACEF). Material chemistry. Université de Lorraine, 2019. English. ⟨NNT : 2019LORR0109⟩. ⟨tel-02970053⟩
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