The main purpose of the present study is to obtain accurate thermodynamic database to describe the phase equilibria and thermodynamic properties of the entire Mg-Ca-Nd system, which can be utilized for Mg alloy design containing Ca and RE.

The Ca-RE (RE = Nd, Y, Ce) binary systems were optimized based on assessed phase diagram data. All available data in the literature were critically evaluated and used to optimize the model parameters to reproduce all available phase diagram data. Liquid solution was described using the Modified Quasichemical Model (MQM), and the solid solutions were described with the Compound Energy Formalism (CEF). It should be noted that all Ca-RE systems show liquid miscibility gap.

In order to facilitate the thermodynamic optimization of the Mg-Ca-Nd ternary system, key phase diagram experiments were performed to supplement the few existing phase diagram experimental data. Differential scanning calorimetry (DSC) was successfully conducted up to 750ºC on samples of 5 different compositions in the Mg-rich side and up to about 30 mole percent Nd and 50 mole percent Ca. To prevent the volatilization and oxidation of samples, sealed Fe capsule was employed. Based on the new phase diagram data and all available information in literature, thermodynamic optimization of the ternary Mg-Ca-Nd system was carried out. In particular, the solubility of Ca in Mg₄₁Nd₅ and Nd in Mg₂Ca were well reproduced by CEF. In general, the available phase diagram data were well reproduced and the phase diagram of the entire Mg-Ca-Nd system was predicted.

Le but principal de la présente étude est d’obtenir une base de données thermodynamique précise décrivant les équilibres de phase et les propriétés thermodynamiques de l’ensemble du système Mg-Ca-Nd pouvant être utilisés pour la conception d’alliages de Mg contenant du Ca et des RE (terres rares).

Les systèmes binaires Ca-RE (RE = Nd, Y, Ce) ont été optimisés en utilisant les données estimées du diagramme de phase. Toutes les données disponibles dans la littérature ont été évaluées de manière critique et utilisées pour optimiser les paramètres du modèle afin de reproduire toutes les données disponibles du diagramme de phase. La solution liquide a été décrite à l'aide du modèle quasichimique modifié (MQM), et les solutions solides ont été décrites avec le formalisme d'énergie des composés (CEF). Il convient de noter que tous les systèmes Ca-RE présentent une lacune de miscibilité liquide-liquide.

Afin de faciliter l'optimisation thermodynamique du système ternaire Mg-Ca-Nd, des expériences clés ont été réalisées pour compléter les quelques données expérimentales existantes du diagramme de phase. La calorimétrie à balayage différentiel (DSC) a été réalisée avec succès jusqu'à 750 °C sur des échantillons de 5 compositions différentes du côté riche en Mg et jusqu'à environ 30% en moles de Nd et 50% en moles de Ca. Pour éviter la volatilisation et l'oxydation des échantillons, une capsule de Fe scellée a été utilisée. Sur la base des nouvelles données du diagramme de phase et de toutes les informations disponibles dans la littérature, l'optimisation thermodynamique du système ternaire Mg-Ca-Nd a été réalisée. En particulier, la solubilité de Ca dans Mg41Nd5 et de Nd dans Mg2Ca a été bien reproduite par le CEF. En général, les données disponibles du diagramme de phase ont été bien reproduites et le diagramme de phase de l’ensemble du système Mg-Ca-Nd a été prédit.