Academic literature on the topic 'Métaux – Solidification rapide'

The incineration of municipal solid waste generates mineral residues which contain soluble chlorides and heavy metal pollutants. The mineral residue is currently landfilled after a cement solidification. An alternative treatment, the new patented by Solvay process uses phosphoric acid to stabilise mineral residue by the formation of stable minerals such as calcium phosphates which are insoluble in natural environments and can incorporate heavy metals inside their crystalline structure. Two different water-washed municipal solid waste incinerator mineral residues are investigated during the phosphate treatment. Phosphoric acid reacts exothermically with mineral residues with rapid kinetics of the dissolution-precipitation type. Second order rate is observed with respect to the phosphate concentration and activation energies for the phosphate reaction are found to be small (near 20 kJ/mol). Mineral residues react with phosphoric acid mainly as calcium carbonate does. Precipitated amorphous calcium phosphates coat the more inert particles (silicoaluminates, silicates, and calcium sulphates…). The two mineral residues with different compositions show similar behaviour. This indicates the phosphate stabilisation procedure can be widely applied. This chemical treatment can be considered as a first essential step in the effective insolubilisation of extractable trace heavy metals in a mineral material that could find in the future an beneficial reuse after further processing as secondary raw material. Solvay a breveté un nouveau procédé de stabilisation de résidus minéraux contaminés par des métaux lourds et des composés organiques dont l’une des étapes fondamentales est le traitement chimique à l’acide phosphorique. Son objectif est de former des phosphates de calcium de grande stabilité chimique et thermique, capables d’incorporer dans leur structure cristalline les métaux lourds. L’étude de la cinétique de phosphatation montre que la réaction est exothermique. Les phosphates calciques formés enrobent les particules les plus inertes. L’énergie d’activation faible (20 kJ/mol), caractéristique d’une réaction acide-base, est proche de celle de la réaction avec le carbonate de calcium. Les expérimentations menées et les paramètres observés indiquent que la phosphatation peut être généralisée pour tous les résidus minéraux et constituer une première étape dans l’insolubilisation effective des métaux lourds. Ceci permet d’envisager pour le futur une possible revalorisation des résidus minéraux phosphatés et calcinés comme matière première secondaire.

Cette these concerne l'etude numerique de la convection thermosolutale lors de la solidification dirigee d'un alliage binaire pb-30%tl en creuset cylindrique dans la configuration bridgman vertical avec tirage vers le haut. Nous avons developpe parallelement deux codes pour resoudre les equations de navier-stokes incompressibles et instationnaires: le premier concerne le cas cartesien bidimensionnel et le second est ecrit en coordonnees cylindriques. Une methode de collocation fourier-tchebycheff est utilisee pour la resolution spatiale. Deux situations sont envisagees: dans la premiere, concernant le cas bidimensionnel, nous etudions l'influence du confinement lateral et du nombre de rayleigh solutal sur la nature de la bifurcation convective, les segregations radiale et axiale et le regime instationnaire. L'effet destabilisant d'un gradient thermique horizontal est egalement considere. Dans la deuxieme configuration, qui se rapporte a l'experience, nous etudions l'influence des ecoulements sur la composition du cristal. Trois types de structure convective, correspondant aux trois premieres structures trouvees par l'analyse lineaire de stabilite, ont ete determinees numeriquement. Pour un petit rapport de forme, nous etudions la variation de la macrosegregation radiale en fonction du nombre de rayleigh solutal. Pour un rapport de forme plus grand, nous effectuons plusieurs tests de stabilite pour des solutions de degre de symetrie eleve. Nous comparons nos resultats avec ceux des experiences et un accord general est degage

L'étude présentée dans ce mémoire porte sur un procédé d'élaboration de fils métalliques fins par trempe depuis l'état liquide (IRLMS), appliqué à deux alliages à base de fer : l'un à bas point de fusion (fe75Si10b15% at), l'autre à haut point de fusion (fe75Cr17Ni7Al1%pds). La méthodologie employée lors de l'étude paramétrique a permis de déterminer, dans chacun des cas, l'influence des paramètres sur la géométrie des fils et de définir une démarche conduisant aux conditions optimales de coulée du point de vue de la circularité, de la régularité, et de la longueur des fils (les principaux paramètres étant la température de coulée, la vitesse du jet, l'angle d'entrée du jet dans la nappe de liquide de refroidissement, la nature et la vitesse de déplacement de ce dernier. . . ). Les principaux résultats révèlent un comportement différent pour les deux alliages. Les interactions mécaniques et thermiques entre le jet de métal liquide et le liquide de refroidissement ont été abordées, démontrant la présence de caléfaction autour du jet. Pour chacun des alliages, l'analyse des mécanismes de refroidissement a mis en évidence les corrélations entre les paramètres de coulée, la nature du liquide de trempe, le mode de refroidissement et le fil obtenu (du point de vue de sa géométrie et de sa structure)

« La solidification rapide : relation Elaboration – Microstructure et Propriétés d'un alliage » RESUME Si les propriétés intrinsèques des matériaux dépendent de la force des liaisons chimiques, qui ne peuvent être modifiées, il est bien connu que leurs propriétés extrinsèques dépendent de la microstructure. Les métallurgistes disposent de moyens techniques pour contrôler relativement bien cette microstructure et aussi faire en sorte que les propriétés associées correspondent aux besoins du cahier des charges de l'application. Classiquement, partant du lingot élaboré par fusion, des traitements thermomécaniques plus ou moins complexes engendrent la microstructure. Mais il est bien clair que les possibilités d'évolution de la microstructure dépendent dramatiquement de l'état initial de l'alliage. C'est ici qu'interviennent les techniques basées sur la solidification rapide. Elles vont engendrer des microstructures initiales pouvant être très différentes de celles qui sont conventionnelles, et qui pourront, par traitements thermomécaniques, aboutir à des microstructures finales également très différentes. Les méthodes de solidification rapide d'alliages métalliques ou céramiques ont pour but principal d'étendre ou de modifier les limites des domaines d'équilibre thermodynamique, ou d'obtenir de nouvelles structures atomiques, ce qui n'est généralement pas accessible par des méthodes dites conventionnelles de solidification. Les produits élaborés se caractérisent par exemple par réduction de taille de grains, par la précipitation d'une phase secondaire plus fine et homogène Ces procédés permettent dans le même temps d'obtenir les matériaux directement à partir de l'état fondu, sous la forme de produits minces finis ou dans un état intermédiaire, tels que des rubans (10 à 80 μm) par « planar flow casting PFC » (flot planaire), des tôles fines (de 200 μm à 3 mm d'épaisseur (en production industrielle) par « twin roll casting TRC» (coulée entre rouleaux) ou encore mais plus rarement des fils (100 à 200 μm de diamètre) par « In rotating water melt spinning INROWASP». J'ai dans ce manuscript décrit les méthodes et techniques d'élaboration que j'utilise en développant quelques aspects thermodynamiques et cinétiques tout en révélant l'essentiel des informations techniques. Un ensemble d'exemples tirés de mes travaux en collaboration et dans le cadre de projets de recherche internes au laboratoire, nationaux et internationaux illustrent ces techniques, notamment les verres métalliques massifs, les quasicristaux, les alliages à magnétorésistance géante, et particulièrement les alliages à mémoire de forme. Les relations entre d'une part la méthode de préparation, qui inclut la technique de fusion, de solidification, les traitements associés thermo-mécaniques, et d'autre part les caractéristiques structurales, microstructurales ainsi que les propriétés mécaniques et fonctionnelles ont été mises en évidence. Le choix de méthodes de production par solidification rapide, comme je l'ai écrit, peut dans certaines conditions autoriser l'obtention d'une phase qu'on ne peut pas obtenir par refroidissement classique (< 103 KS-1) ou, par l'abaissement de la taille de grains, optimiser certaines caractéristiques mécaniques. Néanmoins comme le montrent certains résultats mitigés sur les alliages à mémoire de forme, ces méthodes ne sont en aucun cas une panacée aux problèmes rencontrés comme le manque de ductilité à température ambiante. Le problème de la mise en forme à froid qu'on rencontre dans nombres d'alliages intermétalliques ou les verres métalliques ne sont pas ou seulement partiellement résolus par ces procédés. Mais la production en une seule ou un nombre limité d'étapes d'objets finis ou semi-finis reste un élément économique appréciable de ces méthodes. Les phases quasicristallines stables thermodynamiquement ainsi que les verres métalliques massifs ne nécessitent pas des vitesses de refroidissement supérieures à 103 KS-1 et peuvent être obtenus par des méthodes de préparation ce qui nécessite certaines précautions (c.a.d. par exemple sans contamination chimique) mais à vitesse de refroidissement classique. Néanmoins dans ce cas il a été démontré que seule une méthode de solidification rapide (telle que le melt spinning ou l'atomisation gazeuse) permet d'une part d'obtenir la précision compositionnelle requise et d'autre part d'atteindre, après traitement thermique, une qualité structurale de la phase optimale (cas des quasicristaux). En ce qui concerne les verres métalliques ces techniques nous permettent d'étudier plus facilement la capacité à l'amorphisation, la formulation et la déformation à froid de ces alliages : par exemple les essais de nanoindentations sur les rubans ou les tôles hypertrempées qui nous autorisent à remonter aux mécanismes de déformation des alliages massifs. L'obtention d'une précipitation de dispersoïdes nanométriques dans la matrice amorphe (VMM) ou la matrice paramagnétique des alliages magnétorésistifs à l'étude, n'est possible qu'en utilisant ces techniques.

Increasing environmental concerns and discharge limitations have imposed additional challenges in treating process waters. Thus, the concept of "Green Chemistry" was proposed and green scale inhibitors became a focus of water treatment technology. Finding some economical and environmentally friendly inhibitors is one of the major research focuses nowadays. In this dissertation, the inhibition performance of different phosphonates as CaCO3 scale inhibitors in simulated cooling water was evaluated. Homo-, co-, and ter-polymers were also investigated for their performance as Ca-phosphonate inhibitors. Addition of polymers as inhibitors with phosphonates could reduce Ca-phosphonate precipitation and enhance the inhibition efficiency for CaCO3 scale. The synergistic effect of polyaspartic acid (PASP) and Polyepoxysuccinic acid (PESA) on inhibition of scaling has been studied using both static and dynamic methods. Results showed that the anti-scaling performance of PASP combined with PESA was superior to that of PASP or PESA alone for CaCO3, CaSO4 and BaSO4 scale. The influence of dosage, temperature and Ca2+ concentration was also investigated in simulated cooling water circuit. Moreover, SEM analysis demonstrated the modification of crystalline morphology in the presence of PASP and PESA. In this work, we also investigated the respective inhibition effectiveness of copper and zinc ions for scaling in drinking water by the method of Rapid Controlled Precipitation (RCP). The results indicated that the zinc ion and copper ion were high efficient inhibitors of low concentration, and the analysis of SEM and IR showed that copper and zinc ions could affect the calcium carbonate germination and change the crystal morphology. Moreover, the influence of temperature and dissolved CO2 on the scaling potential of a mineral water (Salvetat) in the presence of copper and zinc ions was studied by laboratory experiments. An ideal scale inhibitor should be a solid form compound having a very low solubility, but the value of this solubility is big enough to ensure a total scaling inhibition. A new type of scale inhibitor we synthesized possesses these properties. In fact, the synthesized inhibitor has a very poor solubility (about 1. 5 mg/L) at 20°C for Paris's tap water. Its anti-scaling properties have been evaluated by RCP method. A complete scaling inhibition was obtained with a concentration of 30 µg/L (ppb) for Salvetat water at 30°C. Moreover, the introduction of the synthesized solid inhibitor to a water system can be easily realized by using a cartridge<br>Les exigences environnementales imposent de nombreux défis dans le domaine du traitement des eaux. Ainsi, le concept de " chimie verte " a-t-il été proposé et l'utilisation des produits chimiques " écologiques " est devenue une nécessité. Il est donc d'une importance primordiale d'élaborer des inhibiteurs d'entartrage " verts " afin de combattre les phénomènes d'entartrage qui ont des conséquences désastreuses, voire catastrophiques, dans certaines installations industrielles, comme les circuits de refroidissement des centrales nucléaires. Dans cette étude, l'efficacité de différents inhibiteurs d'entartrage de CaCO3 a été évaluée dans un circuit de refroidissement simulé. En tant qu'inhibiteurs de précipitation de Ca-phosphonates, des homo-, co- et ter-polymères ont également été étudiés en matière de leur efficacité. En fait, l'ajout de ces polymères dans l'eau contenant des phosphonates peut réduire la précipitation du Ca-phosphonates et renforcer l'efficacité d'inhibition de l'entartrage du CaCO3. L'effet synergétique de l'acide polyaspartique (PASP) et de l'acide polyepoxysuccinique (PESA) sur l'inhibition de l'entartrage a été étudié en utilisant à la fois des méthodes statique et dynamique. Les résultats obtenus montrent que l'efficacité inhibitrice du mélange PASP-PESA est supérieure à celle du PASP ou du PESA pris individuellement pour la précipitation de CaCO3, CaSO4 et BaSO4. L'effet de la concentration des inhibiteurs, de la température et de la concentration de Ca2+ ont également été étudié. Par ailleurs, l'analyse par MEB a bien montré la modification de morphologie des précipités en présence du PASP et du PESA. Dans ce travail, on a également étudié les propriétés inhibitrices des ions Cu2+ et Zn2+ dans l'eau potable avec la méthode de Précipitation Contrôlée Rapide (PCR) développée dans le Laboratoire (LIM). Les résultats obtenus montrent que ces ions métalliques sont des inhibiteurs très efficaces à faible concentration. De plus, l'analyse par MEB et IR indiquent que les ces ions peuvent affecter la morphologie cristalline du CaCO3. Par ailleurs, l'influence de la température et du CO2 dissous sur le pouvoir entartrant de l'eau minérale de Salvetat (utilisée comme eau de référence), en présence des ions Cu2+ et Zn2+, a été étudiée expérimentalement. L'inhibiteur idéal serait un composé sous forme solide dont la solubilité serait très faible, mais largement suffisante pour assurer une inhibition totale de l'entartrage. Il pourrait ainsi être mis en contact directement avec l'eau à traiter sans que l'on ait à se soucier de sa concentration qui serait régulée automatiquement par sa solubilité. La synthèse de tels inhibiteurs a été réalisée et leur efficacité a été évaluée durant cette thèse. En fait, les inhibiteurs solides obtenus ont une solubilité de l'ordre de 1,5 mg/L dans l'eau du robinet de Paris et ils donnent une inhibition totale de CaCO3 dans la même eau avec une concentration seulement de 30 ppb (μg/L). De plus, l'introduction de ces inhibiteurs solides peut être réalisée facilement par une cartouche

Ce travail porte sur l'étude des relations entre la microstructure et paramètres d'élaboration des rubans de l'alliage binaire Al-8% Fe. Les paramètres étudiés sont entre autres : - pression d'éjection et vitesse du substrat, -nature et rugosité du substrat,- température d'éjection. La microstructure des rubans élaborés en jet libre est classée en trois familles : structure de solidification micro-cellulaire, dendritique et équiaxe contenant des précipités. Nous montrons qu'il est possible d'éviter la formation de la structure dendritique grossière correspondant aux conditions de refroidissement les plus lentes : toutefois, les caractéristiques morphologiques des rubans ainsi qu'un bon contact thermique entre celui-ci et le substrat sont à rechercher. Nous en déduisons que la mouillabilité de l'alliage liquide sur le substrat est le critère le plus important et l'influence des paramètres d'élaboration est discuté en termes de distance de collage des rubans sur le substrat. L'élaboration de rubans en jet confiné est également étudiée et leur microstructure est comparée à celle de leurs homologues élaborés en jet libre<br>This work describes the dependence of microstructural features on rapid solidification processing for the melt spun Al-8% Fe alloy. The inspected parameters are: - ejection pressure and substrate velocity, - nature and rugosity of susbtrate, - ejection temperature. The resultant microstructures of the chill block melt spun ribbons is classified into three families: micro-cellular and dendritic structures, and equiaxed grains containing precipitates. It is possible to avoid the occurrence of the coarse dendritic structure corresponding to the slowest cooling conditions however, uniformity of the ribbon morphologic characteristics and good thermal contact between the ribbon and the weel have to be insured. So, improvement of wetting is the major point. The influence of process parameters on wetting is discussed and particular attention is paid to the sticking distance between the ribbon and the substrate. The planar flow casting method has been developed and microstructural results are compared to those given by the C. B. M. S. Technique

Une étude sur la stabilité microstructurale des alliages Al-Fe obtenus par refroidissement rapide depuis l'état liquide a été réalisée à l'aide de plusieurs techniques : Pouvoir thermoélectrique, Diffusion des R. X. Aux petits angles et Microscopie électronique par transmission. Les alliages Al-Fe ne sont pas des solutions solides parfaitement homogènes, juste après trempe de très petits amas enrichis en fer sont contenus dans ces alliages. En général les alliages Al-Fe (dont l'Al-8 % pds. En Fe est représentatif) sont caractérisés par une microstructure cellulaire formée par la matrice d'aluminium et une seconde phase présente sous forme de petits précipités dispersés au hasard. Les échantillons d'Al-Fe contenant plus de petits précipités (d'une taille inférieure à 10 nm) ont en général un pouvoir thermoélectrique plus élevé que ceux contenant moins de petits précipités. Au cours des vieillissements isothermes à des températures comprises entre 200 et 450°C la évolution de la population des précipités conduit à penser que la coalescence est le phénomène physique le plus important lors de l’évolution microstructurale des alliages Al-Fe. L'adjonction d’éléments d'alliage (tels que le Ni, Mo, Zr) peut modifier d'une certaine manière la stabilité microstructurale des alliages Al-Fe. Ainsi l'addition du Zr conduit d'une part à des microstructures plus fines et plus stables après la trempe sur roue et permet d'autre part de développer après traitement thermique une précipitation plus fine (phase cubique métastable Al3Zr). Les alliages Al-Fe-Mo donnent des courbes de l'évolution du pouvoir thermoélectrique ayant une allure très proche de celles des alliages Al-Fe-Zr, ceci laisse penser que le Mo serait en grande partie en solution solide après élaboration, comme c'était le cas pour le Zr. Finalement le Ni ne modifie pas les microstructures des alliages Al-Fe.

Le contexte de l’étude concerne le contrôle par ultrasons de l’intégrité mécanique de soudures dans les centrales nucléaires. Ces soudures multi-passes en acier inoxydable austénitique présentent des structures granulaires hétérogènes et anisotropes. L’orientation des grains engendre des phénomènes de déviation et de division du faisceau ultrasonore. Les directions des grains sont inconnues, et varient grandement d’une soudure à l’autre, ce qui rend jusqu’à présent l’interprétation des contrôles très difficile. Afin de rendre plus performantes les simulations de contrôles ultrasonores, il existe un besoin grandissant d’améliorer la précision des modèles existants d’orientations de grains. L’objectif de ce travail est d’élaborer une modélisation plus réaliste des structures granulaires, qui puisse intégrer les informations du cahier de soudage, ce qui assurera la généralisation du modèle. Nous construisons notre modèle nommé MINA à partir d’une étude bibliographique sur les phénomènes physiques influençant la croissance des grains par solidification et sur l’observation phénoménologique des macrographies de soudures de référence. La validation du modèle se fait en premier lieu en comparant de manière quantitative les directions simulées des grains aux directions réelles des macrographies des soudures. Puis grâce au code de calcul ATHENA en éléments finis, nous comparons la propagation ultrasonore à travers les structures de grains réelles et simulées. Une bonne concordance qualitative et quantitative est trouvée concernant les déviations et les divisions de faisceau, en incidence normale et oblique. Nous montrons que les structures calculées par notre modèle permettent des simulations de propagation ultrasonores plus précises que celles obtenues à travers les structures des modèles déjà existants dans la littérature. Finalement, des essais expérimentaux en transmission et en échographie confirment la validation de notre modèle, ce qui démontre que le couplage MINA-ATHENA est un outil opérationnel innovant pour une aide à l’analyse des inspections ultrasonores<br>The context of the research concerns testing by ultrasounds of the mechanical integrity of welds in nuclear plants. These multi-pass stainless steel welds show heterogeneous and anisotropic granular structures. The grains orientation generate skewing and splitting phenomena of the ultrasonic beam. The grains directions are unknown and greatly vary from one weld to the other, which makes interpretation of testing very difficult. In order to improve the performance of ultrasonic testing simulations, there is growing need of improving the precision of grains orientations existing models. This research aims at elaborating a more realistic granular structures modeling that can integrate the welding notebook information, which will enforce the model generalization. We build our model called MINA from a bibliographic study on physical phenomena which influence grains growth by solidification and on the phenomelogical observation of the reference welds macrographies. Validation of the model is achieved in the first place by quantitatively comparing the grains simulated directions with the real directions of the welds macrographies. Then, thanks to the finite elements ATHENA calculation code, we compare the ultrasonic propagation through the real and simulated grains structures. Good qualitative and quantitative agreement is found concerning the beam skewing and splitting, in normal and oblique incidence. We show that the structures calculated by our model allow ultrasonic propagation simulations which are more precise than those obtained with the literature models structures. Finally, transmission and echography experimental testing confirm validation of our model, which shows that the MINA-ATHENA coupling is an innovative operational tool contributing to ultrasonic inspections analysis

Élaboration des alliages Al-7 à 25% poids Si par trempe depuis l'état liquide suivant deux procédés : la coulée sur rouleau et la pulvérisation centrifuges. Les poudres obetenues par pulvérisation sont compactées par filage à chaud. Influence de la composition chimique, des conditions de trempe et de traitement thermique sur la microstructure. Étude des propriétés mécaniques dans les alliages obtenus

Deux voies ont été explorées pour rechercher des matériaux pouvant être utilisées comme aimants permanents: a) soit l'amélioration des performances magnétiques de composes connus. Ainsi d'une part l'insertion d'environ 120 K et d'autre part l'enrichissement en fer a l'aide d'une méthode d'hypertrempe de la solution solide GdFe12-xAlx conduit à des composés ferromagnétiques (TC=500 K pour x=2), b) soit l'obtention de nouveaux composés à base d'uranium qui permet d'induire une anisotropie magnétocristalline. L'étude des propriétés structurales des siliciures et germaniures UM10Si2 (M=Fe, Co) et U2M17-yXy (M=Fe, Co et X=Si, Ge) montre une occupation préférentielle du silicium ou du germanium de certains sites cristallographiques des structures types ThMn12 et Th2Ni17. Les propriétés magnétiques de ces composés sont analysees en fonction des distances M-M.

Deux voies ont été explorées pour rechercher des matériaux pouvant être utilisées comme aimants permanents: a) soit l'amélioration des performances magnétiques de composes connus. Ainsi d'une part l'insertion d'environ 120 K et d'autre part l'enrichissement en fer a l'aide d'une méthode d'hypertrempe de la solution solide GdFe12-xAlx conduit à des composés ferromagnétiques (TC=500 K pour x=2), b) soit l'obtention de nouveaux composés à base d'uranium qui permet d'induire une anisotropie magnétocristalline. L'étude des propriétés structurales des siliciures et germaniures UM10Si2 (M=Fe, Co) et U2M17-yXy (M=Fe, Co et X=Si, Ge) montre une occupation préférentielle du silicium ou du germanium de certains sites cristallographiques des structures types ThMn12 et Th2Ni17. Les propriétés magnétiques de ces composés sont analysees en fonction des distances M-M.