Métallurgie

Les (nano)composites à matrice métallique (NMMCs) sont des candidats prometteurs dans de nombreux domaines d’ingénierie en raison de leur capacité à combiner les meilleures propriétés mécaniques et fonctionnelles entre elles. De tels NMMCs se caractérisent par un rapport interface sur volume élevé et des différences marquées de propriétés entre les (nano-) renforts (TiB₂, nanotubes de carbone (CNTs), diamant, graphite) et la matrice métallique (Al, Cu et Ti). De facto, leurs propriétés sont déterminées non seulement par les mécanismes de transfert de charge et d’échange d’énergie au travers de l’interface matrice/nano-renforts, mais aussi par de nouveaux mécanismes favorisés au travers d’une zone affectée par l’interface (ZAI). Dans ce projet, une caractérisation microstructurale et multi-échelle essentiellement au moyen de la microscopie électronique en transmission corrigée C_s et de la microscopie électronique à balayage et des essais in-situ (mécaniques et en température) seront réalisées pour clarifier les caractéristiques relatives à la ZAI et aussi les propriétés localisées de la ZAI (Ma et al., 2019, Xu et al., 2019, Li et al., 2017, Tan et al., 2016, Ji et al., 2016).

Gang Ji (MPGM-UMET), Ahmed Addad (UMET), Rajashekhara Shabadi (MPGM-UMET), Vincent Ji (Université Paris-Saclay, France), Williams Lefebvre (Université de Rouen, France), Hanlin Liao (UTBM, France), Jean-François Silvain (Université de Bordeaux, France), Kim Vanmeensel (KU Leuven, Belgique), Nick Schryvers (Université d’Anvers, Belgique), Sasan Dadbakhsh (KTH Suède) Zhe Chen (Université Jiao Tong de Shanghai, Chine), Zhiqiang Li (Université Jiao Tong de Shanghai, Chine), Xiaopeng Li (UNSW, Australie), Tim Sercombe (UWA, Australie), Mingxing Zhang (Université de Queensland, Australie)

Contrairement aux alliages classiques, les alliages à haute entropie sont formés d’un nombre important d’éléments (4, 5, 6…) en proportion quasi-équimolaire. Malgré des compositions complexes, ces nouveaux matériaux ne sont constitués que d’un nombre réduit de phases (solutions solides) aux propriétés remarquables. L’équipe MPGM de l’UMET s’intéresse à l’élaboration et la caractérisation de tels alliages dans des systèmes encore inexplorés. Ainsi, elle synthétise, par mécanosynthèse puis frittage, un alliage dans le nouveau système Al-Cr-Fe-Mn-Mo. La structure cubique centrée ainsi que la composition de la nouvelle phase créée ont été déterminées par MET/EDS. Du fait d’une contamination par le carbone provenant du mode d’élaboration, des carbures se sont également formés dans le matériau. Ils ont été identifiés par MET. De plus, une analyse couplée EBSD/EDS a permis de déterminer la distribution en taille de chacune des phases et ainsi de décrire plus finement la microstructure du matériau (Stasiak et al., 2019).

Matthieu Touzin (MPGM-UMET), Franck Béclin (MPGM-UMET), Catherine Cordier (MPGM-UMET), Tomasz Stasiak (MPGM-UMET)

Un composite à matrice métallique à base de Fe gradé et renforcé par de la zircone stabilisée avec de l’yttrine (YSZ) a été développé par métallurgie des poudres et notamment par broyage à haute énergie, compactage et frittage. L'échantillon broyé est polycristallin et nanocomposite. La taille des grains de fer est comprise entre 5 et 10 nm. Celle des renforts de zircone stabilisée et de zircone monoclinique est inférieure à 200 nm et leur taille moyenne avoisine 20 nm comme le montrent les cartes EDX sur la figure (a)-(e). Le frittage à l'état solide a engendré (i) la croissance des grains de fer qui sont néanmoins restés submicrométriques et (ii) le grossissement des renforts d'oxydes formant un réseau interconnecté dans le composite. Les renforts dans l’échantillon massif étaient de diverses natures, à savoir la zircone tétragonale stabilisée à l'yttrine, la zircone monoclinique, la wüstite, la magnétite et, dans une moindre mesure, Zr_0.978Fe_0.022O_1.978 (tétragonale) et Zr_0.85Y_0.15O_1.93 (cubique) (figure (f)-(j)). L'augmentation de la fraction volumique des renforts d'oxyde a permis d'obtenir un matériau à résistivité électrique gradée et à dureté légèrement gradée; la résistance à la flexion du matériau développé reste faible en raison de la faiblesse des interfaces matrice-renforts (Naji et al., 2019).

Kaoutar Naji (MPGM-UMET), Marie-Noëlle Avettand-Fènoël (MPGM-UMET), Mathieu Touzin (MPGM-UMET), Maya Marinova (PMEL), Philippe Pouligny (SNCF Saint Denis)