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Rajabzadeh, Armin. Etude expérimentale et théorique de la migration de joints de grains, couplée à un cisaillement

Rajabzadeh, Armin (2013). Etude expérimentale et théorique de la migration de joints de grains, couplée à un cisaillement.

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Résumé en francais

La déformation plastique des matériaux est généralement induite par le déplacement de dislocations. Cependant dans les matériaux nanocristallins, ces déplacements sont inhibés et les mouvements des joints de grains jouent alors un rôle important dans la plasticité. La migration des joints de grains couplée au cisaillement est un mécanisme efficace mis en évidence lors de sollicitations mécaniques dans différents matériaux: le joint de grains se déplace perpendiculairement a son plan en réponse a une contrainte de cisaillement. Malgré de nombreux efforts expérimentaux et théoriques ces dernières années, les mécanismes élémentaires de la migration des joints de grains couplée au cisaillement restent méconnus. Le présent travail se propose d'étudier expérimentalement par microsopie électronique en transmission (MET) et théoriquement par simulation atomistique ces mécanismes élémentaires. Des expériences de traction in-situ en MET portant sur des bicristaux d'Aluminium chauffés à 400C montrent qu'un joint de grains S41<001>{540} se déplace par le mouvement collectif des macro-marches le long de l'interface. Ces macro-marches sont caractérisées par la mesure de leur déformation. Cette déformation peut comporter à la fois une composante parallèle (couplée au cisaillement) et une composante perpendiculaire à l'interface (montée). Différentes macromarches caractérisées par différentes déformations ont été observées sur un même joint de grains: différents modes de couplage peuvent ainsi permettre à un joint de grains de migrer. Des marches élémentaires, composant vraisemblablement les macro-marches ont été également observées. L'observation par MET haute résolution de ces marches élémentaires a permis de les identifier comme des disconnections. Elles sont caractérisées par leurs hauteurs et leurs vecteurs de Burgers. Des expériences de traction in-situ en MET montrent que des dislocations du réseau se décomposent dans le joint, suggérant un mécanisme possible de création de ces disconnections. Les réactions de décomposition les plus probables ont été analysées pour déterminer la nature des disconnections produites. Les disconnections produites ayant des hauteurs de marches faibles et de faibles Vecteurs de Burgers, si elles sont supposées mobiles, sont caractérisées par des facteurs de couplage en bon accord avec les facteurs de couplage mesurés expérimentalement. La migration des joints de grain couplée au cisaillement est étudiée par simulation atomistique dans un bicristal de Cuivre contenant un joint de grains symétrique S13<001>{320}. Le chemin de moindre énergie lors de la migration est déterminé en utilisant la méthode Nudged Elastic Band. L'évolution du joint de grains lors de sa migration montre la nucléation et le déplacement des marches, identifiées comme des disconnections, en bon accord avec les résultats expérimentaux. La barrière d'énergie pour la nucléation des disconnections est environ 11 fois plus élevée que le barrière d'énergie pour leur déplacement. Ainsi, en l'absence de disconnection pré-existante dans le joint, la nucléation des disconnections est l'étape limitante de la migration du joint de grains couplée au cisaillement.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Legros, Marc
Mompiou, Frédéric
Combe, Nicolas
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Plasticité - Matériaux nanocristallins - Joint de grains - MET in-situ - Simulations atomistiques - Nudgets elastic band
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :22 Sep 2014 10:44