Modélisation de la ségrégation superficielle dans les aciers FeNi par des approches atomistiques

par Myriam Sansa

Thèse de doctorat en Sciences des Matériaux

Sous la direction de Guy Tréglia et de Nejmeddine Jaïdane.

Le président du jury était Fabienne Berthier.

Le jury était composé de Adnene Dhouib, Fabienne Ribeiro.

Les rapporteurs étaient Frédéric Soisson, Moncef Saïd.


  • Résumé

    Le vieillissement des aciers est un problème crucial dans bien des industries (automobile, nucléaire) puisqu’il détermine la durée de vie des éléments. En effet, la ségrégation aux défauts du matériau d'éléments tels que le carbone, ou les additifs métalliques (nickel, chrome), modifie fortement ses propriétés mécaniques d'une part, et sa résistance à la corrosion d'autre part. Modéliser de tels phénomènes n'est pas chose simple. Jusqu'ici, le choix des méthodes utilisées s'est partagé entre des calculs dits "de premiers principes", basés sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité, trop lourds pour rendre compte de matériaux réalistes, et des méthodes basées sur des potentiels semi-empiriques difficilement transférables d'un système à l'autre. Dans ce travail de thèse, nous avons développé une approche effective de la structure électronique originale, fondée sur l'approximation des Liaisons Fortes, pour décrire les aciers Fer-Nickel. Nous avons dû pour cela identifier les règles d’auto-cohérence auxquelles doivent obéir les charges électroniques et les populations de spin : neutralité locale pour les premières, variation en concentration du moment magnétique pour les secondes Cette méthodologie nous a permis de mettre en évidence le rôle essentiel joué par le magnétisme dans les phénomènes d’ordre-désordre en volume, et de ségrégation d’équilibre en surface, première étape vers une modélisation cinétique du vieillissement de ces aciers.

    mots clés mots clés

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  • Titre traduit

    Modeling the aging of Fe (Ni) steels by atomistic approaches


  • Résumé

    The aging of steel is a crucial problem in many industries (automobile, nuclear) since it determines the lifetime of the elements. Indeed, the segregation at material defects of elements such as carbon, or metal additives (nickel, chromium), strongly modifies its mechanical properties and its resistance to corrosion. Modelling such phenomena is not simple. So far, the choice of methods used has been divided into "first principles" calculations, based on the Densitu Functional Theory, too heavy to account for realistic materials, and methods based on semi-empirical potentials that are difficult to transfer from one system to another. In this thesis, we have developed an original effective approach of the electronic structure, based on Tight-Binding approximation, to describe the iron-nickel steels. To do this, we had to identify the self-consistency rules that electronic charges and spin populations must obey: local neutrality for the former, concentration dependence of the magnetic moment for the latter. This methodology allowed us to highlight the essential role played by magnetism in order-disorder phenomena in the bulk, and in equilibrium segregation at the surface, which is the first step towards a kinetic modelling of the aging of these steels.


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