Analyse microstructurale des interfaces dans des composites a matrice métallique : cas d'alliages Al-Mg-Si renforces par des plaquettes monocristallines d'alumine

par Pascal Kerdelhué

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Claude Esnouf.

Soutenue en 1995

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA) (laboratoire) .

mots clés

• Composites à matrice métallique -- Fatigue
• Spinelles
• Interfaces cristallines

Résumé

Les composites à matrice métallique constituent une classe de matériaux dont les caractéristiques physiques et mécaniques sont pour une bonne part, dépendantes de la qualité interfaciale alliage métallique/renfort céramique. Notre contribution a été de procéder à des caractérisations à fine échelle des régions interfaciales de composites à matrices d'alliages d'aluminium 6061 et A-S7G03 et renfort alumine alpha monocristalline, ceci après différents traitements thermiques. La microscopie électronique à transmission a notamment perm1s d'analyser le phénomène de précipitation hétérogène aux interfaces et de juger des effets cristallo-physiques vis-à-vis des stades de démixtion de l'alliage. Il a ainsi pu être mis en évidence un effet d'interface lors de phases de précipitation. Les interactions cristallochimiques particulières entre le composé intermétallique Mg2Si et la céramique alumine modifient les évolutions thermodynamiques de la précipitation : le composé β-Mg2Si est directement formé aux interfaces, ayant pour conséquences : la création d'une zone dépourvue de précipitation dans les régions interfaciales et une augmentation de la stabilité de Mg2Si qui a pour effet une remise en solution plus difficile. L'étude a également porté sur la réactivité aux interfaces lors de recuits d'homogénéisation. Cette réactivité se traduit par la formation de cristaux de spinelle MgA120 4. Deux mécanismes différents de formation de ces composés sont mis en évidence selon la nature cristallographique de la face de l'alumine en regard avec 1' alliage métallique

Titre traduit

= microstructural analysis of interfaces in metal matrix composites : case of Al-Mg-Si alloys reinforced with monocrystalline alumina platelets

Résumé

The metal matrix composites are a class of materials whose physical and mechanical characteristics are strongly dependent on the quality of the metal reinforcement interface. Our contribution was to precede to characterization at fine scale of 6061 and A-356 aluminum alloy matrix composites reinforced with mono crystalline alpha alumina, after beat treatments. The transmission electron microscopy permitted to analyze the heterogeneous precipitation at the interfaces and to understand the crystallo-physical effects on the steps of demixing. We have been able to show an interface effect on the precipitation phases. The crystallo-chemical interactions between inter metallic components and the alumina ceramic modify the thermodynamical evolutions of the precipitation : the β-Mg2Si component is directly formed at the interface with the next consequences : - Creation of a precipitation free zone (PFZ) near the interface - The stability of Mg2Si is increased, so the solubilization is more difficult. We have also studied the reactivity at the interfaces after homogenization beat treatment. We observed the formation of MgAl2O4 spinel phases. Two different mechanisms were showed for the formation of these components according to the crystallography nature of the alumina face neighboring the metal alloy.