Thèse soutenue

La relation entre la transformation de phase martensitique et la réorientation martensitique dans les alliages magnétiques à mémoire de forme de Ni-Mn-Ga monocristal
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Auteur / Autrice : Guoshun Qin
Direction : Yongjun He
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Ingénierie, mécanique et énergétique
Date : Soutenance le 03/09/2021
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la mécanique et applications industrielles (Palaiseau, Essonne ; 2015-....)
Jury : Président / Présidente : Etienne Patoor
Examinateurs / Examinatrices : Olivier Hubert, Ziad Moumni
Rapporteurs / Rapporteuses : Xavier Balandraud, Tarak Ben Zineb

Résumé

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L'alliage ferromagnétique à mémoire de forme (FSMA) est un candidat prometteur pour les actionneurs en raison de sa propriété de déformation induite par champ magnétique (MFIS) à haute fréquence. Comparé à d'autres types de FSMA, le monocristal Ni2MnGa est le plus populaire en raison de sa contrainte de twinning beaucoup plus faible (σtw < 2 MPa). Le monocristal Ni2MnGa a deux processus de microstructure importants : la réorientation de la martensite et la transformation de phase, qui lui donnent diverses applications potentielles en ingénierie. Dans la littérature, la réorientation de la martensite et la transformation de phase ont généralement été étudiées séparément. Leur interaction (couplage) n'a pas encore été systématiquement étudiée. Dans cette thèse, je démontre dans deux situations typiques (réorientation de la martensite induite par un champ magnétique et transformation de phase induite par la température sans contrainte) que la réorientation de la martensite et la transformation de phase peuvent avoir lieu simultanément, conduisant à des performances spéciales.La première série d'expériences systématiques étudie l'effet thermique sur l'oscillation de déformation induite par le champ magnétique du monocristal de Ni2MnGa en modifiant progressivement les conditions aux limites thermiques (de l'air ambiant immobile à un fort flux d'air). Les résultats montrent que le transfert de chaleur ambiant extrêmement faible ou extrêmement fort ne peut avoir qu'une faible amplitude d'oscillation de déformation, tandis que l'amplitude de déformation maximale ne peut être atteinte que dans des conditions de transfert de chaleur douces (c'est-à-dire une dépendance non monotone de l'amplitude de déformation sur la chaleur ambiante.) En particulier à faible transfert de chaleur ambiant, la dissipation d'énergie de la réorientation de la martensite à haute fréquence peut déclencher l'augmentation de la température de l'échantillon, conduisant à la transformation de phase en phase austénite, qui peut à son tour moduler l'amplitude d'oscillation de déformation par la fraction de phase ajustement de la transformation de phase martensitique.La deuxième série d'expériences systématiques étudie la transformation de phase martensitique des barres monocristallines Ni2MnGa de différentes tailles géométriques sous différents cycles de chauffage-refroidissement sans contrainte ni champ magnétique. Les résultats expérimentaux montrent que la transformation de phase d'austénite en martensite induite par le refroidissement dans un barreau mince monocristallin de Ni2MnGa s'effectue en deux étapes : (1) austénite en martensite jumeau(s); (2) le detwinning en variante martensite simple (la variante majeure de martensite dans les jumeaus aux dépens de la variante mineure de martensite ; c'est-à-dire que la réorientation de la variante mineure de martensite vers la variante majeure de martensite a lieu). Ce nouveau phénomène démontre que la réorientation de la martensite s'est effectivement produite lors de la transformation de phase induite par le refroidissement sans aucune force motrice directionnelle (sans contrainte ni champ magnétique), ce qui peut avoir un grand changement de forme global. Cela brise l'idée habituelle sur la formation de martensite auto-accommodante dans l'effet de mémoire de forme à sens unique. Cette découverte favorise les applications de SMA telles que l'effet de mémoire de forme bidirectionnelle sans stress. Mais la prédiction/le contrôle précis de la performance est toujours une tâche difficile, exigeant des recherches expérimentales et théoriques supplémentaires.