Synthèse et caractérisation de la phase ω-Al7Cu2Fe et de composites Al/Al-Cu-Fe

par Guillaume Laplanche

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Anne Joulain et de Joël Bonneville.

Soutenue en 2011

à Poitiers .


  • Résumé

    Dans le contexte des matériaux composites Al/Al-Cu-Fe, la phase ω-Al7Cu2Fe et des composites Al/ω ont été élaborés puis les microstructures et les propriétés mécaniques de ces matériaux ont été étudiées. La phase ω a été élaborée sous forme monolithique et dense par compression isostatique à chaud et par frittage flash. Des essais de micro-indentation, de frottement intérieur et de compression couplés à des essais transitoires ont été réalisés entre 293 K et 1000 K. Une transition fragile-ductile entre 650 K et 820 K a été mise en évidence. Les courbes contrainte-déformation montrent une limite d'élasticité supérieure suivie uniquement par de l'adoucissement ou un stade à durcissement nul. La limite d'élasticité supérieure présente une forte dépendance en température suggérant des mécanismes de déformation thermiquement activés. L'évolution des volumes d'activation avec la contrainte appliquée présente deux régimes de températures avec une température de transition vers 900 K. Des observations de microscopie électronique en transmission révèlent une distribution hétérogène de dislocations. Ces résultats originaux sur la phase ω-Al7Cu2Fe montrent de fortes similitudes avec les propriétés bien connues de la phase quasicristalline Al-Cu-Fe associée et apportent de nouveaux éléments de compréhension de la plasticité de ces matériaux complexes. Deux composites Al/ω ont été élaborés par compression isostatique à chaud. L'un est obtenu à 673 K à partir de particules ω initiales tandis que l'autre est obtenu à 823 K à partir de particules Al-Cu-Fe initialement sous forme quasicristalline. La matrice, observée par microscopie électronique en transmission, présente une microstructure complexe avec différentes distributions de particules selon la température d'élaboration. A partir d'essais de compression couplés à des essais transitoires et à la diffraction de neutrons, le renforcement de la matrice Al est attribué au transfert de charge et au durcissement de la matrice par des microstructures différentes.

  • Titre traduit

    Synthesis and characterisation of ω-Al7Cu2Fe phase and Al/Al-Cu-Fe composites


  • Résumé

    In the general context of study of Al/Al-Cu-Fe composites, ω-Al7Cu2Fe phase and related Al/ω composites have been synthesised and their mechanical properties and microstructure investigated. Dense monolithic ω-Al7Cu2Fe phase synthesis was achieved for the first time using hot isostatic pressing and spark plasma sintering allowing for mechanical and microstructural investigations. Microindentation, compression and transient tests as well as mechanical spectroscopy have been performed in large temperature ranges. A brittle-to-ductile transition between 650 K and 820 K is evidenced. The stress-strain curves exhibit an upper yield stress followed by a softening or steady state stage only. The upper yield stress shows strong temperature dependence suggesting that deformation mechanisms are highly thermally activated. The evolution of activation volumes with the applied stress exhibits two deformation mechanisms with a transition temperature of 900 K. Transmission electron microscopy observations of deformed material reveal inhomogeneous dislocation distribution. The original results on the crystalline ω-Al7Cu2Fe phase exhibit a strong similarity with the well-known properties of the related icosahedral Al-Cu-Fe phase and shed a new light on the understanding of plasticity in these complex materials. Two Al/ω composites have been fabricated from powder metallurgy, one at 673 K from initial ω particles, the second at 823 K from initial icosahedral Al-Cu-Fe particles. Transmission electron microscopy observations reveal a complex matrix microstucture with different particles distribution according to the processing temperature. From compression and transient tests performed at various temperatures and in-situ compression test under neutron beam, the reinforcement of Al matrix is attributed to both load transfer and hardening of the matrix resulting from different microstructure.

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  • Détails : 1 vol. (VII-205 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 169 réf.

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