Verres métalliques et leurs nanocomposites : déformation hétérogène

Metallic glasses and their nanocomposites : heterogeneous deformation

• Auteur / Autrice : Khalil Hajlaoui
• Direction : Alain Reza Yavari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synchrotrons

Verres métalliques

Mots clés libres

Volume libre

Nanocristaux

Déformation in-situ

Résumé

Une étude sur le comportement mécanique des verres métalliques massifs et leurs nanocomposites a été réalisée. Elle traite la déformation hétérogène des verres métalliques et les perspectives de ductilisation par la dispersion fine des nanocristaux dans la matrice métallique amorphe. La déformation plastique des verres métalliques est fortement localisée dans des bandes de cisaillement. Un réarrangement atomique menant à une croissance rapide de volume libre local et à l'activation d'une 'Zone de Cisaillement' pourrait être le mécanisme élémentaire de nucléation de bandes de cisaillement dans les verres métalliques. Le volume libre d'excès dans les verres métalliques est mesuré pour la première fois par la méthode de diffraction des rayons-X en transmission. Nous obtenons une évidence expérimentale directe de la croissance de volume libre dans la proximité des bandes de glissement. La dispersion de nanocristaux de tailles inférieures à l'épaisseur de la bande de glissement elementaire permet d'améliorer la ductilité des BMG par durcissement des bandes de cisaillement et délocalisation de la déformation. Ceci est directement lié à la croissance des nanocristaux préexistants au cours de la déformation ainsi qu'à la germination de nouveaux cristaux. Le comportement du matériau dan les bandes de cisaillement actives contenant une dispersion de nanocristaux est comparé à celui d'un milieu semi-solide où le verre métallique est dans un état de liquide surfondu sous cisaillement et la phase solide est constituée des nanocristaux dont la fraction volumique augmente durant le cisaillement.

Mechanical behaviour study of Bulk Metallic Glasses and their nanocomposites was carried out. It treats the heterogeneous deformation of metal glasses and the prospects for ductilization by dispersion of fine nanocrystals in amorphous matrix. We show that plastic deformation of metallic glasses is strongly localised in shear bands. An atomic rearrangement leading to a rapid increase of local free volume and the activation of a 'Shear Zone' could be the elementary mechanism of shear bands nucleation in metallic glasses. Excess free volume and his evolution are measured for the first time by X-rays diffraction in transmission. We obtain direct experimentally evidence of free volume increase in the proxim ity of shear bands during the deformation. Generation of dispersions of crystalline nanoparticles of sizes lower than elementary shear bands thickness in amorphous metal matrix by precise annealing in the beam of synchrotron light lead to significant plastic deformation of BMG-nanocomposite at room temperature. This involves a new process of mechanical hardening in shear bands and strain delocalization. Ln-situ deformation in the TEM show that the strain delocalisation and structural hardening appear directiy connected to the growth in shear bands of nanocrystals during plastic deformation as weil as the nucleation of new crystals. The behaviour of material in shear bands active in metallic glasses containing nanocrystal dispersions is compared to that of semi-solid slurries where the metallic glass behaves liquid-like under shear and the nanocrystalline acts as a solid component whose volume fraction grows during shear