Sistema Sm-Ni-Al: reattività ed equilibri di fase.

Abstract

Il progetto di ricerca portato avanti durante il periodo di tesi sperimentale si è inserito in un ampio studio volto a determinare le proprietà costituzionali dei sistemi R-Ni-Al (R = elemento delle terre rare); in particolare si è concentrato sulla determinazione di una parte consistente della sezione isoterma ad 800°C del sistema Sm-Ni-Al. I campioni sono stati preparati utilizzando diverse strategie di sintesi sempre a partire dagli elementi puri che, successivamente, sono stati trattati termicamente per diversi tempi in modo da raggiungere l’equilibrio termodinamico. L’utilizzo di alcune tecniche di caratterizzazione ben concertate (microscopia ottica, elettronica, analisi alla microsonda e diffrattometria a raggi X su polveri) ha permesso di tracciare diversi campi di compatibilità trifasica (17) e bifasica (6) nella zona del diagramma per composizioni > 30 at. % Al. È stato inoltre possibile identificare e caratterizzare 6 composti intermetallici ternari ed approfondire l’estensione dell’esistenza di due fasi strettamente correlate (struttura hP6-CaCu5 e hP18-YNi2Al3). Queste hanno composizione costante di Sm (circa 17 at. %) e sono state descritte da stechiometrie del tipo SmNi5-xAlx (0< x < 1.9) e SmNi2-xAl3-x (0< x < 0.85). Oltre a questi risultati, si è determinata la solubilità del terzo elemento nelle fasi binarie appartenenti ai sistemi di confine (i.e. solubilità del Ni nella fase SmAl2). I risultati ottenuti sono stati discussi in relazione ai dati di letteratura relativi al sistema oggetto di studio aggiornando e modificando quello che era lo stato dell’arte. Inoltre, è stato possibile evidenziare alcune peculiarità del Sm rispetto alle altre terre rare quando è posto in lega con Ni e Al.

The research project carried out during the thesis work was part of a broad study aimed to determine the constitutional properties of R-Ni-Al (R = rare-earth element) systems and, in particular, has been devoted on determining a large part of the Sm-Ni-Al system isothermal section at 800°C. Alloy samples were prepared using different synthetic strategies starting from pure elements and were subsequently heat-treated for different times in order to achieve thermodynamic equilibrium. The use of several well-concerted characterization techniques (optical microscopy, electron microscopy, microprobe analysis and X-ray powders diffractometry) made it possible to clarify several three-phase (17) and two-phase (6) fields for compositions > 30 at. % of Al. It has also been possible to identify and characterize 6 ternary intermetallic compounds and further investigate the extent of the existence of two closely related phases (having hP6-CaCu5 and hP18-YNi2Al3 crystalline structure). These phases have a constant Sm composition (around 17 at. %) and have been described by stoichiometries such as SmNi5-xAlx (0 < x < 1.9) and SmNi2-xAl3-x (0< x < 0.85). In addition to these achievements, the solubility of the third element in the binary phases belonging to the boundary systems was determined (i.e. solubility of Ni in the SmAl2 phase). The results were discussed in relation to literature data on the system under study and led to an update and modification of the state of the art. In addition, it was possible to highlight some peculiarities of Sm compared with other rare earths alloyed with Ni and Al.