Méthode CALPHAD
La méthode CALPHAD, qui signifie Calcul de diagrammes de phase, est devenue une méthode largement utilisée pour calculer efficacement les diagrammes de phase de systèmes multi-composants au cours des dernières décennies.
Un diagramme de phase est une représentation graphique de l’état d’un système de matériau en termes de température, de composition et de pression. Le diagramme de phase le plus familier d’un système binaire est le diagramme température-composition, et les diagrammes de phase ternaires courants incluent les sections isothermes, les sections isopléthales et la projection de liquidus. Étant donné que les diagrammes de phase sont le point de départ pour comprendre les propriétés et les phénomènes d’un système de matériaux, ils sont fréquemment appelés plans ou cartes routières pour la conception d’alliages et le développement de procédés. Alors que la plupart des diagrammes de phase binaires et certaines sections pour un certain nombre de systèmes ternaires se trouvent dans le manuel, les diagrammes de phase à plusieurs composants nécessaires à la conception des matériaux modernes ne sont généralement pas disponibles. En effet, la détermination de diagrammes de phase à plusieurs composants uniquement par approche expérimentale est extrêmement coûteuse et prend beaucoup de temps.
La méthode CALPHAD, qui signifie Calcul de diagrammes de phase, est devenue une méthode largement utilisée pour calculer efficacement des diagrammes de phase de systèmes multi-composants au cours des dernières décennies. L’essence de cette approche est d’obtenir des descriptions thermodynamiques auto-cohérentes des systèmes d’ordre inférieur en termes de données thermodynamiques et d’équilibre de phase connues. L’avantage de cette méthode est que les diagrammes de phase mesurés séparément et les propriétés thermodynamiques peuvent être représentés par une base de données thermodynamiques auto-cohérente du système de matériaux en question. Plus important encore, une base de données thermodynamique pour un système d’ordre supérieur peut être obtenue à partir de ceux des systèmes d’ordre inférieur via une méthode d’extrapolation. Cette base de données thermodynamique nous permet de calculer des diagrammes de phase et des propriétés thermodynamiques d’un système à plusieurs composants qui ne sont pas expérimentalement disponibles. Actuellement, l’approche CALPHAD est la seule méthode qui peut être utilisée pour obtenir des diagrammes de phase multi-composants avec une précision suffisante pour des applications pratiques sans avoir besoin d’un travail expérimental exhaustif.
Le succès de l’approche CALPHAD dépend de la disponibilité des bases de données logicielles et de propriétés de base de phase développées par cette méthode. Les progiciels et les bases de données thermodynamiques multi-composants sont devenus disponibles dans le commerce depuis les années 1990.Les caractéristiques des progiciels les plus utilisés dans ce domaine se trouvent dans le numéro spécial de la revue CALPHAD, volume 33, publié en 2009. Ces progiciels, lorsqu’ils s’intègrent à des bases de données de propriétés de matériaux appropriées, peuvent être utilisés pour répondre à des questions impliquant des systèmes métalliques avec plus de 10 composants. De tels résultats fournissent les fondements fondamentaux du développement de matériaux évolutifs et révolutionnaires et ont été appliqués avec succès aux programmes de conception de matériaux.
Bien que la méthode CALPHAD ait été initialement apparue comme une méthode de compréhension de la thermodynamique et des équilibres de phase des systèmes multicomposants, la méthode a été appliquée avec succès aux mobilités de diffusion dans les systèmes multicomposants, et des bases de données de mobilité ont été développées en utilisant une manière similaire à celle d’une base de données thermodynamique. Récemment, la méthode CALPHAD a été étendue à d’autres propriétés de phase, telles que les volumes molaires, les constantes élastiques et la conductivité thermique. Par conséquent, l’approche CALPHAD a été appliquée ces dernières années à un domaine plus large de la science et de l’ingénierie des matériaux au-delà des diagrammes de phase, tels que la solidification, le revêtement, l’assemblage et la transformation de phase. Il ne fait aucun doute que CALPHAD a joué un rôle important dans l’ICME pour réduire considérablement le temps et les coûts de développement et de déploiement de nouveaux matériaux.
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