Nanostructures of Zr-based bulk metallic glasses : induced by ball milling and high-current pulsed electron beams

par Jiang Wu

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Thierry Grosdidier et de Chuang Dong.

Le président du jury était Eric Gaffet.

Le jury était composé de Nathalie Bonasso, Ghislaine Bertrand, Éric Fleury, Jianbing Qiang, Delphine Retraint.

  • Titre traduit

    Nanostructures d'alliages métalliques amorphes Zr-Al-Ni-Cu induites par broyage mécanique et faisceaux d'électrons pulsés à haut courant


  • Résumé

    Contrairement aux métaux conventionnels, les verres métalliques amorphes présentent des arrangements atomiques à courte distante. Ce résultat conduit à des propriétés physiques et chimiques fondamentalement différentes de leurs homologues cristallins. Cette étude porte sur la caractérisation et la compréhension de la nanocristallisation de verres métalliques amorphes massifs (BMG) Zr-Al-Ni-Cu induite par traitement thermique, broyage mécanique et faisceaux d’électrons pulsés à fort courant (HCPEB). Deux alliages amorphes massifs ont été cristallisés par broyage mécanique et HCPEB : le classique Zr65Al7.5Ni10Cu17.5 et un nouvel alliage Zr58Al16Ni11Cu15 développé en utilisant un modèle basé sur l’association de clusters. Les échantillons initiaux et traités ont été caractérisés en combinant les microscopies électroniques en transmission (MET) et à balayage (MEB), la diffraction d’électrons rétrodiffusés (EBSD), l’analyse thermique différentielle (ATD) et la spectroscopie Raman afin d’analyser finement les évolutions microstructurales. Les nanocristallisations induites par broyage et HCPEB sont très différentes de celles obtenues par traitements thermiques. Ces travaux de recherche permettent une avancée dans la compréhension des mécanismes de cristallisations mécanique et sous irradiation. Les résultats peuvent être utilisés pour réaliser des structures composites de BMGs avec l’objectif final d’améliorer leur ductilité


  • Résumé

    Unlike conventional metals, the atomic arrangements in metallic glasses have only short-range order. This results in many physical and chemical properties that are fundamentally different from those of their crystalline counterparts. This study is devoted to charactering and understanding nanostructures and nanocrystallization of Zr-Al-Ni-Cu bulk metallic glasses induced by thermal annealing, ball milling, and high-current pulsed electron beam (HCPEB) treatment. Two Zr-Al-Ni-Cu BMGs were used: the classic Zr65Al7.5Ni10Cu17.5 alloy and a new Zr58Al16Ni11Cu15 alloy developed by using a cluster-based approach. The initial and treated samples were characterized by the combination of transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), electron backscatter diffraction (EBSD), X-ray diffraction (XRD), differential thermal analysis (DTA) and Raman spectroscopy in order to analyze accurately the microstructure evolution encountered in the materials. The nanocrystallization behaviour under ball mill and HCPEB is significantly different from the one observed via thermal annealing. The significance of this research is the advancement of the fundamental understanding of mechanical and the electron beam irradiation-induced crystallizations. This research may be used for the design of BMG-related composite structures with the ultimate goal of improving their ductility

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  • Détails : 1 vol. (VI-183 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 142-160

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