Etude du comportement à chaud du verre métallique ZrCoAl en vue du thermoformage

Study of high temperature behavior of the ZrCoAl metallic glass for thermoplastic forming

• Auteur / Autrice : Loïcia Gaudilliere
• Direction : Jean-Jacques Blandin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, électrochimie, génie civil
• Date : Soutenance le 09/12/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et ingénierie des matériaux et procédés (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Eric Beaugnon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Blétry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Sangleboeuf, Jean-Marc Pelletier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Verres métalliques

Mots clés libres

Thermoformage

Verre métallique

Comportement à chaud

Structure

Thermoplastic forming

Metallic glass

High temperature behavior

Structure

Résumé

Les verres métalliques possèdent de très bonnes propriétés mécaniques à température ambiante, ainsi qu’une grande ductilité à haute température, permettant de les mettre en forme. C’est cette capacité qui est mise en avant dans ces travaux de thèse, notre objectif étant de parvenir à la mise en forme du matériau par le procédé de thermoformage. Les températures permettant la déformation des verres sont comprises dans ce que l’on nomme la zone de liquide surfondu, comprise entre la température de transition vitreuse et la température de cristallisation de l’alliage. L’étude porte sur l’alliage Zr56Co28Al16 dont les propriétés à température ambiante semblent prometteuses, notamment pour des applications biomédicales, mais dont l’étude du comportement à chaud n’est pas reportée dans la littérature. Nous nous intéressons à sa stabilité thermique et à son comportement mécanique à haute température en vue du thermoformage. Les analyses structurales effectuées en DSC, DRX et MET mettent en avant des comportements spécifiques au matériau, comme la formation de nanocristaux apparaissant lors de traitements thermiques dans zone de liquide surfondu. Cette nanocristallisation impacte les propriétés mécaniques de l’alliage en agissant comme durcissant structuraux, impliquant une haute viscosité de l’alliage et un comportement non-Newtonien. Ceci étant a priori des propriétés non-idéales pour le thermoformage. Grâce aux études structurales et mécaniques, nous parvenons à définir des conditions d’essai permettant de mettre en forme le Zr56Co28Al16 par thermoformage.

Metallic glasses exhibit good mechanical properties at room temperature, and great ductility at high temperature leading to the ability to be shaped. This thesis focuses on that capacity with the objective to shape the material through thermoplastic forming. Temperatures in the supercooled liquid region are studied, between the glass transition temperature and the crystallization temperature of the alloy. The Zr56Co28Al16 is chosen for its mechanical properties at room temperature that seem interesting for biomedical applications. However, its behavior at high temperature has never been reported on the literature. We study its thermal stability and its mechanical behavior at high temperature for thermoplastic forming. Structural analyses are performed with DSC, XRD and TEM and show quite specific aspects of the material like the nucleation of nanocrystals during thermal treatment in the supercooled liquid region. This nanocrystallization changes the material deformation with a structural hardening, leading to high level of viscosity and a non-Newtonian behavior. These should be non-ideal properties for thermoplastic forming, but with our structural and mechanical studies, we perform to select process conditions to shape the Zr56Co28Al16 trough thermoplastic forming.