Alliage métallique à grand paramètre de maille

Abstract

 L'invention concerne un alliage métallique à grand paramètre de maille (> 1 nm).
Cet alliage a la composition pondérale suivante :
    (Al, Zn, Cu)x Li_1-x
    avec 0,88 ≦ x ≦ 0,92
le groupe Al, Zn, Cu pouvant être partiellement substitué jusqu'à 50 % en poids au total par Ag/Ga et/ou Au et le Li pouvant être partiellement substitué jusqu'à 10 % en poids au total par un ou plusieurs éléments du groupe Mg, Na, K, Ca, les autres éléments (impuretés) étant tenus inférieurs à 1 % chacun et à 5 % au total.
Les alliages selon l'invention sont utilisables en tant qu'étalons internes en radiocristallographie ou comme monochromateurs à grand pouvoir réflecteur et bonne résolution dans les méthodes d'analyses par dispersion spectrale des rayons X mous et des neutrons lents.

Description

[0001] L'invention concerne des alliages métalliques caractérisés par un paramètre de maille important (> 1 nm).

[0002] La diffraction ou la réflexion des rayonnements de longueur d'onde voisine de 1 mm (10 A), c'est-à-dire les rayons X mous ou les neutrons très lents, exige des substances cristallines dont le paramètre de maille est élevé, en général supérieur à 1 nm. Ces tailles de maille ne sont généralement atteintes que dans des cristaux ou pseudocristaux organiques. Le Tableau I donne les compositions de quelques-unes de ces substances ainsi que les distances réticulaires (d) et les éléments analysables en fluorescence X ou microanalyse à dispersion spectrale (sur les rayonnements K) correspondants. Or ces pseudo-cristaux ne sont pas très stables dans le temps (vieillissement) et il était donc intéressant d'obtenir des alliages métalliques cristallisés ayant de grandes distances réticulaires; il est en effet connu que les monochromateurs en cristaux (ou pseudocristaux) organiques ont un faible pouvoir réflecteur et une médiocre résolution. Lors de ses travaux sur les quasi-cristaux, la demanderesse a découvert que les cristaux métalliques dont la composition est représentée par la formule pondérale
    (Al, Zn, Cu)_x Li_1-x avec 0,88 ≦ x ≦ 0,92,
le groupe Al, Zn, Cu pouvant être partiellement substitué jusqu'à 50 % en poids au total par Ag, Ga et/ou et le Li pouvant être partiellement substitué par un ou plusieurs éléments du groupe Mg, Na, K, Ca jusqu'à 10 % en poids au total, les autres éléments (impuretés) étant tenus < 1% chacun et < 5 % au total, répondent à ce problème.

[0003] Dans le domaine de compositions défini ci-dessus, les compositions sont préférentiellement les suivantes (% en poids) :
    60 ≦ Al ≦ 65
    20 ≦ Zn ≦ 32
    0 ≦ Cu ≦ 6
    9 ≦ Li ≦ 11

[0004] Une composition préférée est la suivante :
    Al = 62 %
    Cu = 4 %
    Li = 10 %
    Zn = 24 %

[0005] Les éléments ci-dessus peuvent être remplacés par un ou plusieurs de leurs isotopes pour améliorer leur facteur de diffusion des neutrons.

[0006] Des monocristaux de tels alliages peuvent être obtenus par une méthode connue de préparation de monocristaux, telles que celles de Bridgeman ou Czochralski avec utilisation (ou non) de germes et de gradients de température contrôlés. Ils sont préférentiellement élaborés par la méthode décrite dans la demande de brevet français n° 86-15774. Ils sont de préférence recuits entre 300 et 500°C pendant une durée de quelques heures à quelques dizaines d'heures pour obtenir une structure homogène et une plus grande finesse des raies de diffraction.

[0007] L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants illustrés par la figure 1 représentant un diagramme de diffraction X correspondant à l'exemple 1 aux faibles angles de diffraction.

EXEMPLE I

[0008] Un alliage de composition A1-19 % Zn - 4,5 % Cu et 7,5 % Li a été coulé en lingots depuis 750°C sous atmosphère inerte avec une durée de solidification lente de l'ordre de 1 heure entre 620°C et 560°C.
Après refroidissement complet, on a trouvé au sein de la masse solidifiée dans la retassure des monocristaux de taille centimétrique en croissance basaltique sous forme de pyramides à base carrée dont la direction de croissance correspondait exactement à l'axe C de la structure quadratique. L'étude par diffraction des rayons X sur échantillons broyés a révélé un nombre tout à fait exceptionnel de raies de diffraction (méthode Debye et Scherrer) détectables sur diffractomètre (voir fig. 1), du fait de la structure à très grand paramètre de maille (a ≃ 1,4 nm, c ≃ 8,2 nm). La structure obtenue a été contrôlée par microdiffraction électronique sur lames minces.
L'analyse des monocristaux massifs déterminée par absorption atomique est la suivante :
    Li = 10 %
    Cu = 4,1 %
    Zn = 24 %
    reste Al
ce qui correspond à la formule atomique : Al_5,5 Cu_1,5 Zn_8,5 Li₃₅.
Les distances interréticulaires mesurées et les indices de Miller des plans réticulaires sont reportés au Tableau II.

EXEMPLE 2

[0009] On a coulé des lingotins de diamètre 18 mm en alliages selon l'invention (en poids %):
    10,2 Li - 30 Zn - reste Al
    41 Cu - 10,5 Li - 24 Zn - reste Al
    9,5 Li - 1,5 Mg - 28 Zn -reste Al
    3,7 Cu - 22 Zn - 9 Li - 1,5 Mg - reste Al
    3,6 Cu - 22 Zn - 2 % Ag - 9,8 Li - 0,5 Mg, reste Al,
qui ont subi un recuit de 72 h à 400 °C + 72 h à 500°C. Dans ces conditions on a constaté que des alliages appartenant au domaine selon l'invention présentaient une très grade fraction volumique (> 80 %) de gros cristaux de phase quadratique enrobés d'eutectique.
Le recuit a pour effect de résorber complètement la plupart des phases primaires telles que δ-Al Li ou des constituants de l'eutectique Al₂LiMg. Les alliages ci-dessus broyés peuvent constituer un étalon interne de radiocristallographie.

[0010] Les alliages selon l'invention sont donc utilisables en tant qu'étalons internes en radiocristallographie (diagrammes de poudres) ou comme monochromateurs à grand pouvoir réflecteur et bonne résolution dans les méthodes d'analyses par dispersion spectrale de rayons X mous ou de neutrons lents.

Revendications

1. Alliage métallique à grand paramètre de maille (> 1 nm) caractérisé par la formule pondérale suivante : (Al,Zn,Cu)_x Li_1-x avec 0,88 ≦ x ≦ 0,92, le groupe Al-Zn-Cu pouvant être substitué jusqu'à 50 % en poids au total par Ag, Ga et/ou Au et le Li pouvant être substitué jusqu'à 10% en poids au total par un ou plusieurs éléments du groupe Mg, K, Na, Ca, les autres éléments (impuretés) étant tenus inférieurs à 1 % chacun et à 5 % au total.

2. Alliage suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il contient (en poids %) :
      60 ≦ Al ≦ 65
      20 ≦ Zn ≦ 32
      0,5 ≦ Cu ≦ 6
      9 ≦ Li ≦ 11.

3. Alliage selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il contient sensiblement :
      Zn = 24 %
      Li = 10 %
      Cu = 4 %
      reste Al.

4. Alliage selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué d'une phase tétragonale dont les paramètres sont voisins de a = 1,4 nm et c = 8,2 nm.

5. Utilisation d'un monocristal en alliage correspondant à l'une des revendications 1 à 4 comme monochromateur.

6. Utilisation d'une poudre en alliage correspondant à l'une des revendications 1 à 4 comme étalon interne de radiocristallographie.

Dessins