Caractérisation par UHV AFM/STM des nanostructures de déformation de l'intermétallique Ni3Al

Characterization by UHV AFM/STM of deformation nanostructures of Ni3Al intermetallic

• Auteur / Autrice : Jonathan Michel
• Direction : Christophe Coupeau, Joël Bonneville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance le 11/12/2014
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Florence Pettinari-Sturmel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Coupeau, Joël Bonneville, Philippe Spätig
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Fivel, Laurent Proville

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfaces (technologie)

Microscopie en champ proche

Plasticité

Alliages réfractaires

Déformations (mécanique)

Mots clés libres

Dislocation

Ni3Al

Plasticité

Microscopie en champ proche (AFM/STM)

Trace de glissement

Dislocation

Ni3Al

Plasticity

Scanning probe microscopy (AFM/STM)

Slip trace

Résumé

Le composé intermétallique ordonné Ni3Al, de structure L12, présente une augmentation de contrainte d'écoulement avec la température, jusqu'à une température dite de "pic" au-delà de laquelle celle-ci décroit. Ce comportement, usuellement appelé anomalie de contrainte d'écoulement, est mis à profit dans les superalliages base nickel pour les applications hautes températures. Il a été étudiée de façon extensive ces trente dernières années et a donné lieu à de nombreuses modélisations. La plupart des modèles proposés considère qu'un processus thermiquement activé de glissement dévié des dislocations, à partir de leur plan de glissement primaire {111} sur le plan cubique de déviation {010}, joue un rôle clé dans la compréhension de l'anomalie. La distance de glissement dévié peut cependant fortement différer. Les traces de glissement laissées par l'émergence des dislocations mobiles à la surface d'échantillons déformés plastiquement permettent de visualiser les événements de déviations et de caractériser les mécanismes élémentaires de déformation plastique. Nous avons mesuré des paramètres essentiels pour modéliser la plasticité globale de l'intermétallique Ni3Al, comme : le nombre, la hauteur, la longueur des traces de glissement correspondant aux plans {111} et {010}. Ces paramètres qui caractérisent à la fois l'activité des sources et le libre parcours moyen des dislocations, suggèrent que l'anomalie s'accompagne d'un fort taux d'épuisement de la densité de dislocations mobiles. De nombreuses longues déviations dans les plans {010} ainsi que des doubles glissement dévié entre plans {111} adjacents, ont été mis en évidence. Ceci suggère deux processus de glissement dévié.

Ni3Al intermetallic compounds, that correspond to the strengthening phase of nickel-based superalloys, are well known to exhibit within a given range of temperature, an anomalous behaviour of flow strength. This positive temperature dependence of flow strength, called yield stress anomaly (YSA), has been the subject of extensive experimental studies concerning mechanical properties and dislocation microstructures, which have yielded several plausible models. Most of these models considers that a thermally activated cross-slip process, from the primary {111} onto the cube cross-slip {010} planes, plays a key role in the understanding of the YSA. However, the height of the cross-slipped segment in the {010} plane can be drastically different. The slip traces resulting from the emergence of moving dislocations at the surface in plastically deformed samples, allow us to visualize cross-slip events and to characterize the elementary mechanisms controlling plastic deformation. The number, height and length of slip traces corresponding to {111} and {010} planes, that are key parameters for modelling the plastic behaviour of Ni3Al intermetallic, are examined. These parameters reflect both the source activity and dislocation mean free path of dislocations; their values suggest that the YSA takes place with a strong exhaustion of mobile dislocations. Several larger deviations on the {010} planes, as well as double cross-slip between {111} neighbouring planes, are highlighted. These results suggest two different cross-slip process.