Etude des effets de taille atomiques sur les diagrammes de phases et les microstructures

par Céline Varvenne

Thèse de doctorat en Physique et chimie des matériaux

Sous la direction de Alphonse Finel.

Soutenue en 2010

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Influence of atomic size effects on phase diagram and microstructures of metallic alloys


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Cette étude se place dans le contexte général des alliages à vocation structurale. Un tel matériau doit remplir un cahier des charges précis concernant ses propriétés mécaniques : résistance à la rupture, tenue en fluage, dureté, etc. , en adéquation avec ses conditions d'utilisation future. L'ensemble de ces propriétés est en grande partie dû à l'organisation spatiale des phases constituant l'alliage, c'est-à-dire sa microstructure. En pratique, la microstructure est obtenue par un choix de la composition chimique de l'alliage et de différents traitements thermiques appropriés. Le mode d'élaboration retenu (composition, étapes d'homogénéisation, durée et température des recuits et revenus, etc. ) résulte d'un processus de réflexion ayant pour ingrédients les diagrammes de phases quand ils sont disponibles, les morphologies de microstructures recherchées, etc. La maîtrise de toute cette chaîne demande donc une compréhension fine des phénomènes correspondants. Les différences de taille entre les constituants d’alliage jouent un rôle prépondérant sur la thermodynamique d’équilibre et sur les cinétiques (perte de cohérence des précipités, états métastables…) qu’il s’agisse de matériaux massifs (durcissement structural, morphologie des précipités, fragilisation par les liquides) ou bien de nanomatériaux (transitions de phase dans les agrégats, conditions de croissance de nanotubes de carbone sur catalyseur nickel…). L’étude des effets de tailles et de leurs conséquences sur la thermodynamique d’équilibre et sur la formation de microstructures de systèmes volumiques a donc constitué l’objectif de cette thèse. L'influence de l'effet de taille atomique sur les diagrammes de phases a été étudiée par la méthode Monte Carlo avec déplacements atomiques stochastiques. Celle-ci inclue naturellement les effets élastiques par le biais de potentiels inter-atomiques continus dans l'espace. Elle permet d'aller voir des effets élastiques forts, pouvant même aller jusqu'à la perte de cohérence entre deux phases. Un alliage binaire simple a servi de support à cette étude, et a permis de dégager les tendances liées à l'élasticité que nous traitons à l'échelle atomique : élargissement et dissymétrisation de la lacune de miscibilité, variation de la température de transition, etc. . . La visualisation de microstructures s'avère plus délicate, dans la mesure où les tailles des simulations sont limitées par cette méthode. Le calcul exact des positions atomiques est en effet très coûteux en temps de calcul. Pour cela, nous avons fait appel à un formalisme approché : celui des fonctions de Green sur réseau, qui ouvre l’accès à des tailles de simulations plus importantes. Soulignons que la prise en compte d’interactions élastiques à longue portée constitue une difficulté numérique de ce type de simulations. Par le biais de cette méthode, nous avons pu simuler des microstructures avec élasticité, suivre quantitativement des évolutions microstructurales, quantifier l’organisation spatiale des précipités. Un dernier aspect intéressant de ce travail a été la comparaison entre l’élasticité discrète de la méthode des fonctions de Green avec le modèle continu d’élasticité linéaire et homogène. Cela nous a conduit à identifier une procédure systématique permettant de calibrer un potentiel inter atomique à partir de données macroscopique d’un alliage. Cette méthode est notamment appliquée à un alliage « Mg-Nd » pour lequel nos simulations sont comparées à des expériences de sonde atomiques tomographiques réalisées au laboratoire GPM de Rouen

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Informations

  • Détails : 1 vol. (153 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 131-135. 106 réf. bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Consultable sur place dans l'établissement demandeur
  • Cote : T Paris 6 2010 674
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