Dissertations / Theses on the topic 'Alliages – Défauts'
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Barbe, Vincent. "Défauts atomiques et diffusion dans les alliages : effets des corrélations." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2006. http://www.theses.fr/2006ECAP1009.
Full textAbstract:
La théorie de la diffusion dans les alliages a pour but de prédire les propriétés de diffusion d'un alliage à partir de la description de sauts atomiques individuels. Ces propriétés sont fondamentales dans des matériaux maintenus hors d'équilibre, comme par exemple les aciers soumis à irradiation dans les centrales nucléaires. Nous proposons plusieurs développements d'un modèle existant, dit de champ moyen autocohérent (CMAC). Le principale difficulté théorique est le traitement des effets de couplage (ou de corrélations) entre les différents flux de matière. Pour les prendre en compte, le CMAC détermine la fonction de distribution d'un alliage hors d'équilibre, en suivant le déplacement simultané de plusieurs atomes ou défauts. Cette fonction de distribution est traduite formellement par un ensemble d'interactions de nature dynamique, appelé Hamiltonien effectif. Cette étude contient une extension du domaine de validité du CMAC à des systèmes fortement corrélés pour le mécanisme lacunaire, ainsi qu'au transport par mécanisme interstitiel. Nous nous appuyons pour cela sur des modèles atomiques dits de liaisons coupées capables de rendre compte des propriétés thermodynamiques d'un alliage telles que l'ordre à courte distance. Ces modèles sont appliqués pour estimer les propriétés de diffusion dans deux alliages modèles d'intérêt nucléaire, la solution solide concentrée Fe-Ni-Cr et l'alliage dilué Fe(P) : nous proposons un modèle atomique adapté et comparons nos résultats à des données expérimentalesKinetic models in alloys aim at predicting the transport properties of a system starting from the microscopie jump frequencies of defects. Such properties are of prior importance in systems which stay out of equilibrium for a long time, as for example irradiated alloys in nuclear reactors. We hereby propose several developments of the recent self-consistent mean field (SCMF) kinetic theory, which deals particularly with the correlation effects due to the coupling of atomic and defect fluxes. They are taken into account through a non-equilibrium distribution function of the system, which is derived from the time evolution of small clusters (of two' or more atoms or defects). VVe therefore introduce a set of 'dynamic' interactions called effective Hamiltonian. The SCMF theory is extended to treat high jump frequency ratios for the vacancy mechanism, as weil as the transport through interstitial defects. We use in both cases an atomic model which accounts for the thermodynamic properties of the alloy, as e. G. The short-range order. Those models are eventually applied ta predict the diffusion properties in two model alloys of nuclear interest : the concentrated Fe-Ni-Cr solid solution and the dilue Fe(P) alloy. \Ve present adapted atomic models and compare our predictions to experimental data
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Léger, Valentin. "Propriétés physico-chimiques des défauts dans les alliages II-VI pour la détection infrarouge." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS214.
Full textAbstract:
L’amélioration de la qualité des matériaux II-VI est une étape essentielle pour maintenir de hautes performances à des températures de fonctionnement des détecteurs infrarouges refroidis plus élevées (technologies HOT). En effet, la qualité et la stabilité de l’image sont affectées par l’activité électrique parasite (bruits basse fréquence) induite par certains défauts cristallins. L’objectif de ces travaux de thèse est alors de caractériser plusieurs variantes de qualité matériau de l’épitaxie active de Hg1-xCdxTe et son substrat de Cd1-xZnxTe à partir de techniques spectroscopiques, et d’établir un bilan comparatif des signatures physico-chimiques des défauts ponctuels. Dans ce but, les populations de défauts ont été investiguées dans les deux composés par spectroscopie à annihilation de positons (PAS). L’antiparticule de l’électron est particulièrement sensible aux défauts lacunaires, intrinsèquement présents en concentration importante dans les alliages considérés. Des profils de concentration de lacunes en proche surface ont été obtenus avec un faisceau de positons lents. L’étude des substrats a été approfondie par des mesures de cathodoluminescence résolue spectralement (CL). Cette technique est particulièrement puissante à basse température où les défauts responsables des mécanismes radiatifs ont pu être identifiés. La CL permet également de cartographier les propriétés de luminescence à une échelle submicroniqueImproving II-VI material quality is an essential step to maintain high electro-optical performances at higher operating temperature of cooled infrared detectors (HOT technologies). Indeed, image quality and stability are challenged by the electrical activity (low-frequency noises) induced by some crystal defects. The aim of this thesis work is to characterize several crystal qualities of the epitaxial Hg1-xCdxTe as well as its Cd1-xZnxTe substrate by spectroscopic techniques, and to establish a comparative review of the physico-chemical fingerprints of point defects. For this purpose, defect populations were investigated in both compounds by positron annihilation spectroscopy (PAS). The electron antiparticle is particularly sensitive to open-volume defects, intrinsically present in high concentrations in the considered alloys. Vacancy concentration profiles in the near-surface region can then be obtained with a slow positron beam. The substrate study was extended with spectrally resolved cathodoluminescence (CL) measurements. This technique is especially powerful at low temperature where defects involved in radiative mechanisms have been identified. CL also allows to map luminescence properties at the sub-micrometer scale
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Boulanger, Loïc. "Influence du phosphore sur les défauts ponctuels dans un alliage austénitique." Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112378.
Full text
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Bouobda, Moladje Gabriel Franck. "Contribution à la modélisation par champs de phase des dommages par irradiation dans les alliages métalliques." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1R004.
Full textAbstract:
La prévision de l'évolution de la microstructure au cours du vieillissement par irradiation des matériaux de structure des réacteurs nucléaires est une question clé pour l'industrie du nucléaire. Dans ce travail, une approche par champ de phase est utilisée pour simuler l'évolution de la microstructure de matériaux dans des conditions d'irradiation à l'échelle mésoscopique. Nous nous intéressons tout d’abord aux calculs de la force de puits, c'est-à-dire la capacité des défauts de la microstructure (dislocations, cavités, etc) à absorber les défauts ponctuels (DPs). Ces calculs prennent en compte les interactions élastiques entre les défauts ponctuels et les puits et sont réalisés dans les métaux purs d' Al, Ni et Fe. Une précision supplémentaire dans ces calculs est fournie en incorporant dans le modèle le changement de l'énergie de migration des DPs en raison du champ de déformation dû au puits, encore appelé élastodiffusion. Les DPs sont modélisées élastiquement par leurs tenseurs dipolaires élastiques et le rôle de l'anisotropie de ces tenseurs dipolaires au point de col est étudié. Les résultats montrent que l’anisotropie du tenseur dipolaire au point col est un paramètre clé dans les calculs précis de la force de puits. Par la suite, notre intérêt est centré sur le développement d’un modèle champ de phase de montée de dislocation sous irradiation. Le modèle permet de simuler la croissance ou le retrait d'une boucle de dislocation par absorption des deux DPs (lacunes et atomes auto-interstitiels). L'analyse des tests de validation montre la limite du modèle et des ajustements sont effectués. Ce nouveau modèle est appliqué pour simuler la croissance d’une boucle interstitielle dans le Fer pur. Les effets de la température, de la densité de dislocations, de l’orientation de la boucle et de l’élastodifusion sur le taux de croissance de la boucle sont étudiés. Les résultats montrent notamment une augmentation du taux de croissance de la boucle avec les effets combinés de l’augmentation de la température et de la diminution de la densité de dislocations. Le nouveau modèle de montée de dislocation sous irradiation développé est également utilisé pour simuler le phénomène de ségrégation induite par irradiation (SII) près d’une boucle de dislocation interstitielle au cours de sa croissance, dans des alliages Fe-Cr. Nous montrons que la prédiction de la SII dépend de la mobilité du puits et de la microstructure environnante (effets multi-puits)The prediction of the microstructure evolution during irradiation ageing of structural materials of nuclear reactors is a key issue for the nuclear industry. In this work, a phase field approach is used to simulate the microstructure evolution of materials under irradiation conditions at the mesoscopic scale. We are interested at first in the calculations of the sink strength which describes the ability of microstructural defects (dislocations, cavities, etc) to absorb point defects (PDs). These calculations take into account the elastic interactions between point defects and sinks and are performed in pure metals Al, Ni and Fe. Additional precision in the calculations is provided by incorporating in the model the change of the PD migration energy due to the sink strain field, also known as elastodiffusion. PDs are elastically modelled through their elastic dipole tensors and the role of the anisotropy of these dipole tensors at saddle state is investigated. The results show that the PD dipole tensor anisotropy at saddle state is a key parameter in the accurate sink strength calculations. Subsequently, our interest is focused on the development of a PF model of dislocation climb under irradiation. The model allows to simulate dislocation loop growth or shrinkage by absorption of both PDs (vacancies and self-interstitial atoms). The analysis of the validation tests shows the limit of the model, and adjustments are carried out. This new model is applied to simulate the growth of an interstitial loop in pure Fe. The temperature, dislocation density, loop orientation and elastodifusion effects on the loop growth rate are studied. The results show, in particular, an increase of the loop growth rate with the combined effects of the increase of the temperature and the decrease of the dislocation density. The new PF model of dislocation climb under irradiation is also used to simulate the radiation induced segregation (RIS) phenomenon in Fe-Cr alloy near an interstitial dislocation loop during its growth. We show that the RIS prediction depends on the sink mobility and on the surrounding microstructure (multi-sink effects)
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Augustin, Christel. "Prévision des cinétiques de propagation de défauts de corrosion affectant les structures en alliage d'aluminium 2024." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2008. http://oatao.univ-toulouse.fr/7791/1/augustin1.pdf.
Full textAbstract:
La sensibilité à la corrosion intergranulaire est influencée par trois paramètres majeurs : l'état métallurgique du matériau, les paramètres physiques et chimiques caractéristiques de l'environnement extérieur et l'état de contrainte du matériau. La première partie des travaux est consacrée à la détermination de paramètres pertinents de description de la corrosion intergranulaire. Un nouveau protocole basé sur l'abattement des propriétés mécaniques du matériau corrodé a donc été mis en place. La deuxième partie des travaux porte sur l'influence des paramètres environnementaux et de l'état de contrainte sur la sensibilité à la corrosion intergranulaire de l'alliage (facteurs du 1er ordre sur les cinétiques de corrosion). L'ensemble des résultats obtenus permet d'écrire des lois de propagation de la corrosion intergranulaire de l'alliage 2024 T351 en prenant en compte au mieux l'environnement extérieur.
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Mantel, Marc. "Influence de l'ordre atomique et des défauts ponctuels sur la stabilisation de la phase martensitique dans un alliage à mémoire de forme Cu-Zn-Al." Lyon, INSA, 1985. http://www.theses.fr/1985ISAL0021.
Full textAbstract:
Parmi les matériaux à mémoire de forme les alliages riches en cuivre sont sujets à des effets de vieillissement à basse température, qui altèrent les points caractéristiques de la transformation martensitique, ainsi que la transformation elle-même. Nous montrons que lors du vieillissement isotherme en martensite à une températures où la mobilité atomique assistée des lacunes est suffisante, il y a un changement d'ordre atomique. Cette remise en ordre a pour effet d'augmenter la température caractéristique de la transformation martensitique inverse. Cet effet est réversible, car après la transformation la mise en ordre en phase β est rapide, et on retourne vers la température de transformation correspondant à l’ordre d'équilibre de la phase β. Lorsque la concentration de lacunes trempées directement en martensite est importante, on observe en plus des phénomènes liés à 'ordre, un blocage des interfaces martensite / β par des amas de lacunes.
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Goubet, Jean-Jacques. "Contribution à l'étude des défauts créés par irradiation électronique dans des alliages semiconducteurs silicium-germanium de type N et P." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-355.pdf.
Full textAbstract:
Le but de cette etude est de caracteriser les defauts crees par irradiation electronique dans des couches epitaxiees d'alliage silicium-germanium de type n et p. Apres une analyse des donnees rapportees dans la litterature concernant les defauts profonds ponctuels et etendus dans le silicium (si), le germanium (ge) et l'alliage silicium-germanium (sige), les techniques de mesure sont presentees avec un examen particulier des effets parasites rencontres qui necessitent une modification des modeles classiques d'interpretation des mesures experimentales. Enfin, nous presentons les resultats obtenus pour des couches relaxees d'alliage si#0#. #7ge#0#. #3 de type n et pour des couches contraintes ou relaxees d'alliages de type p contenant de 2 a 30% de ge. A l'aide des techniques capacite-tension, c(v), et courant-tension, i(v), nous montrons que les degats d'irradiation (accroissement du courant des diodes en inverse et en direct, augmentation de la compensation du materiau) sont d'autant plus importants que le taux de ge est faible. Une determination systematique de la position des niveaux d'energie et de la section apparente de capture des defauts natifs et d'irradiation a l'aide de la spectroscopie de transitoires de capacite (deep level transient spectroscopy) d'une part, et une etude des taux d'introduction, des profils sous la surface des couches d'alliage et de la stabilite thermique des defauts d'irradiation d'autre part, nous a permis de proposer une identification pour chacun des centres observes par comparaison avec les resultats presentes dans la litterature pour les defauts dans si, ge et sige.
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Duong, Thi-Hoàng-Anh. "Étude de la formation sous irradiation des amas de défauts ponctuels dans les alliages ferritiques faiblement alliés." Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112154.
Full textAbstract:
Le durcissement des aciers de cuves des reacteurs nucleaires (francais), qui est a l'origine de leur fragilisation, semble provenir essentiellement de la formation d'amas de defauts ponctuels. Comme ces amas sont trop petits pour etre etudies en microscopie electronique a transmission, le probleme a ete contourne en considerant d'abord la densite et la croissance des boucles de dislocation dans des conditions ou elles sont visibles dans des alliages ferritiques modeles (femn#1#,#5#%ni#0#,#8#%cu#0#,#1#3#%p#0#,#0#1#%, fecu#0#,#1#3#%, fep#0#,#0#1#5#%, fen#3#3#p#p#m et fe). Ces conditions sont celles obtenues avec des electrons de 1 mev d'un microscope a haute tension, avec des taux de creation de defauts eleves (quelques 10#-#4 dpa/s). Les observations et les analyses ont montre que dans l'alliage complexe, les boucles interstitielles sont plus petites et leur densite est beaucoup plus importante que dans les autres systemes. On a pu obtenir a l'aide d'un modele simplifie une premiere approximation des coefficients de diffusion des interstitiels et des lacunes. La densite et la vitesse de croissance des boucles obtenues experimentalement sont reproduites a l'aide d'un modele en dynamique d'amas que nous avons developpe. Pour cela nous utilisons comme point de depart les coefficients approches obtenus avec le modele simplifie. Les resultats du calcul ont montre que l'energie de liaison des di-interstitiels doit etre elevee dans les alliages binaires et seulement de 0,95 ev dans le fer : le cuivre, l'azote et le phosphore stabilisent les di-interstitiels dans le fer. Enfin la distribution de boucles interstitielles a 290c et a 2. 10#-#9 dpa/s est calculee avec les parametres ajustes sur fecu. Celle-ci donne une augmentation de durete de 10 hv au lieu des 33 hv experimentaux. Cette faible valeur peut etre corrigee en supposant, en accord avec des calculs en dynamique moleculaire, qu'une tres faible fraction de di-interstitiels est creee a 2,5 mev.
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Léopold, Gaëlle. "Influence des défauts de fonderie sur la tenue en fatigue d'un alliage de titane moulé." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://www.theses.fr/2011ESMA0017.
Full textAbstract:
Cette étude porte sur l'influence des défauts de fonderie sur la tenue en fatigue du Ti 6-4 moulé. L'objectif est de produire des données expérimentales en fatigue afin de quantifier l'impact des défauts liés au procédé de moulage à la cire perdue et d'identifier les mécanismes d'endommagement. Après la détermination d'une éprouvette représentative des pièces réelles, la première partie de l'étude expérimentale est menée sur des défauts sphériques artificiels de surface. Dans une seconde partie, des piqûres, retassures et inclusions de céramique sont étudiées. On montre que le Ti 6-4 moulé est un matériau tolérant aux défauts de type piqûre. On montre aussi que pour des durées de vie de 105 cycles les parts d'amorçage et de propagation sont équivalentes quand la fissure s'amorce à partir d'un défaut. Les retassures induisent un abattement en contrainte de 50 % et les inclusions un abattement de 30 à 50% : la taille n'est pas le seul paramètre important. Le second objectif est de développer un outil numérique capable de prendre en compte explicitement le défaut. Un critère de fatigue multiaxial basé sur la distribution des contraintes autour du défaut est utilisé. Une discussion est menée sur les grandeurs pertinentes permettant de traduire l'influence d'un défaut selon son type et sa taille. L'application du critère implanté par voie analytique et en élasticité linéaire donne de bons résultats. Grâce aux défauts naturels, on montre qu'il est nécessaire de capter leur nature à l'aide d'un paramètre qui représente leur taille admissible. Le critère proposé permet de calculer des courbes S-N pour tout type de chargement et toute taille de défautThis study deals with the influence of casting defects on fatigue strength of an investment cast Ti 6-4 alloy. The purpose is to produce experimental fatigue data in order to quantify the effect of casting defects and identify damage mechanisms. A fatigue test specimen representative of aircraft components is determined. Then, artificial surface defects are studied in the first part of the experimental study. In a second part, shrinkages and ceramic inclusions are studied. We show that cast Ti 6-4 alloy is a pinhole tolerant material. We also show that for fatigue lives about 105 cycles, when cracks initiate at defect, initiation and propagation parts are similar. Shrinkages reduce fatigue strength by 50 % reduction : defect size is not the only parameter to take into account. The second purpose is to develop a numerical tool able to explicitly consider the defect. A multiaxial fatigue criterion based on the stress distribution around defect is used. Relevant quantities able to estimate defect influence according to their nature and size are discussed. A linear elastic and analytical implementation of this criterion gives good results. We show that is necessary to capture nature of casting defects thanks to a parameter equal to their critical size. The proposed criterion allows simulating S-N curves for different loading cases and defect sizes
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Belkacemi, Lisa Thinhinane. "Effet du flux d’irradiation sur la formation de nano-défauts dans des alliages ferritiques Fe-Ni et Fe-Mn." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS441/document.
Full textAbstract:
La fragilisation des aciers de cuve des réacteurs nucléaires sous irradiation aux neutrons est le facteur limitant la durée de vie des centrales nucléaires françaises. Ceci est dû au mouvement des dislocations qui se trouve être entravé par des amas de Cu, P, Si, Mn et Ni. Plus particulièrement, les amas induits de Mn et de Ni sont à l'origine d'un durcissement significatif à forte dose. Afin de prédire la dégradation des propriétés mécaniques, les expériences sont généralement réalisées à l'aide d'accélérateurs de particules. Cependant, les flux d'irradiation atteints sont compris entre 10⁻⁴ 10 ⁻ ⁶ dpa/s⁻ ¹, tandis qu'il est limité à 10⁻ ¹ ⁰ dpa/s⁻ ¹ dans les réacteurs de puissance actuels. Ce point est essentiel étant donné que le dommage d'irradiation dépend du flux de particules incidentes. La transférabilité ion/neutron constitue donc la problématique centrale. Celle-ci a été étudiée dans les alliages austénitiques seulement. Ce travail de thèse se propose donc d'étudier, dans des alliages ferritiques, l'effet du flux d'irradiation sur l'endommagement dans deux alliages différents : le Fe-Ni et le Fe-Mn, dans le but d'évaluer également l'effet de chaque soluté sur la microstructure obtenue après irradiation.Les alliages ont été analysés expérimentalement par Microscopie Electronique en Transmission (TEM), Microscopie Electronique à Balayage par Transmission (STEM) couplée à l'Analyse Dispersive en Energie des Rayons-X (EDS) et à la Spectroscopie de Perte d'énergie des Electrons (EELS), ainsi que par Sonde Atomique Tomographique (APT).Les irradiations ont été réalisées avec des ions Fe³⁺ de 2 MeV et des ions Fe⁹⁺ de 27 MeV, à 400°C, à des taux de dommage de 10⁻⁴ et 10⁻ ⁶ dpa/s⁻ ¹ respectivement, jusqu'à un même dommage de 1.2 dpa.Les résultats obtenus montrent que le Ni et le Mn ont des comportements sous irradiation très différents en termes de nature de nano-défauts créés.Des irradiations aux particules légères ont également été réalisées de manière à apprécier l'effet des cascades de déplacement.Enfin, une irradiation séquentielle, en deux étapes, a été effectuée à l'aide d'ions Fe⁹⁺ à température ambiante, puis de protons à 400°C, dans le but d'isoler la contribution au durcissement des amas de défauts ponctuels de celle des zones enrichies en solutéReactor pressure vessel (RPV) steel embrittlement under neutron irradiation is the main lifetime limiting factor of nuclear reactors. This is due to the impeding of dislocation glide by nanometric clusters composed of Cu, P, Si, Mn and Ni. More specifically, radiation induced Mn and Ni enriched clusters cause a significant hardening at high dose. To predict this change in mechanical properties, particle accelerator based experiments are conducted. However, the achieved flux ranges between 10⁻⁴ and 10 ⁻ ⁶ dpa/s⁻ ¹, whereas it is limited to 10⁻ ¹ ⁰ dpa/s⁻ ¹ in modern nuclear power technologies. This point is of high importance since radiation damage highly depends on irradiation flux. The reproducibility ion-neutron is thus the key point. It has been studied in austenitic steels but little is known regarding any dose rate dependence in ferritic alloys. Therefore, this thesis focuses on the effect of ion fluxes on radiation damage in two different alloys : Fe-Ni and Fe-Mn in order to investigate, additionally, the effects of each solute on the microstructure after irradiation.The alloys were experimentally investigated using conventional Transmission Electron Microscopy, Scanning Transmission Electron Microscopy coupled to Energy Dispersive X-ray Spectroscopy and Electron Energy Loss Spectroscopy and by Atom Probe Tomography.Irradiations were performed with 2 MeV Fe³⁺ ions and 27 MeV Fe⁹⁺ ions at 400°C at a nominal damage rate of 10⁻⁴ and 10⁻ ⁶ dpa/s respectively, up to a nominal displacement damage of 1.2 dpa. The detailed analysis shows that Ni and Mn behave in a very different way in terms of nano-defects formed under irradiation.Besides, light particle irradiations were also performed in order to ascertain the cascade effects.Finally, a two-series irradiation was carried out using Fe ions at room temperature and protons at 400°C, to isolate the contribution of point defect clusters to hardening from that of solute enriched zones
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Villeneuve-Faure, Christina. "Étude par spectrométrie Raman des défauts créés par l'implantation d'hydrogène et d'hélium dans le silicium et le silicium - germanium." Toulouse 3, 2007. http://thesesups.ups-tlse.fr/3745/.
Full textAbstract:
Les phonons étant une sonde particulièrement sensible au désordre créé dans un cristal, la spectrométrie Raman/Brillouin a été mise à profit pour étudier les défauts induits par l'implantation ionique. L'originalité de cette thèse, par rapport à d'autres études, provient de l'utilisation d'ions légers (hydrogène et/ou hélium) pour induire l'endommagement dans un monocristal de silicium. Ces systèmes implantés, utilisés par ailleurs dans la fabrication de substrats pour la microélectronique, présentent deux avantages majeurs pour des études fondamentales : Ils sont idéaux pour l'étude du désordre (suivi progressif de la transition cristal-amorphe). Ce faible endommagement se traduit par une lente accumulation des défauts ponctuels lorsque la dose d'ions implantés augmente. La présence de défauts étendus (bulles de He ou plaquettes de H2) qui induisent une porosité parfaitement contrôlée. L'objectif étant de caractériser le désordre atomique, les défauts étendus et la déformation induite lors de l'implantation, les phonons optiques (sonde locale) et acoustiques (sonde à longue portée) ont été conjointement utilisés. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'influence de l'espèce implantée (H par rapport à He), de la co- implantation des deux espèces (et de leur ordre d'implantation), de l'orientation du substrat de silicium sur l'endommagement (profil et densité de défauts) et la déformation. Nous avons également caractérisé la transition cristal-amorphe et les signatures vibratoires des défauts étendus. Les résultats validés dans le cas du silicium ont été étendus aux alliages silicium-germanium (Si1-xGex) en fonction de la composition chimique xAcoustic and optical phonons are very sensitive probes to characterize the disorder produced in a crystal. Consequently, Raman/Brillouin spectroscopy was used to study ion implantation-induced defects. The interest of this study arises from the fact that only light ions (hydrogen and/or helium) were used to induce damage in a perfect silicon single crystal. Such implanted systems, also used in the production of microelectronics substrates, exhibit two mains advantages for basic research: They are ideal candidates to quantify defects and to characterize the crystal-amorphous transition, thanks to the weak amount of damage and hence to slow and progressive defects accumulation with increasing implanted dose. The formation of extended defects (He bubbles or H2 platelets), which introduce a well-controlled porosity in the materials. As the aim is to characterize atomic disorder, extended defects and implantation-induced stress, short-range probe optical and long-range probe acoustic phonons were both used. We evidenced the influence of the implanted species (hydrogen vs helium), of the co-implantation and the sequence of the co-implantation, of the substrate orientation on both the implantation damage (profile and point defect density) and strain. The crystal-amorphous transition was characterized, as well as the vibration modes related to extended defects. The results and methods validated in the case of pure silicon were extended to silicon-germanium alloys (Si1-xGex) as function of the chemical composition x
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Soulairol, Romain. "Etude théorique de la corrélation entre le magnétisme et les propriétés des défauts dans le fer, le chrome et leurs alliages." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066409.
Full text
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Le, Jolu Thomas. "Étude de l'influence des défauts de soudage sur le comportement plastique et la durée de vie en fatigue de soudures par friction-malaxage d'un alliage Al-Cu-Li." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00719638.
Full textAbstract:
Dans un but de réduction de poids des avions, un alliage Al-Cu-Li (2198-T8) assemblé par friction-malaxage est envisagé par les avionneurs pour des applications de type fuselage et intrados de l'aile. L'objectif de cette étude est de déterminer le comportement en fatigue des soudures par friction-malaxage et l'influence de certains défauts de soudage pour une durée de vie de l'ordre de 105 cycles. Pour cela le matériau de base, des soudures réalisées pleine tôle (sans défaut), des soudures contenant un résidu de plan de joint (dû à la couche d'oxydes initialement présente sur les chants des tôles avant soudage), un "kissing bond" (dû à un manque de pénétration de l'outil) et un "GAP" (correspondant à un défaut d'accolement des tôles) ont été testés. Pour la durée de vie visée, les soudures sont déformées plastiquement durant la première moitié du premier cycle. Le comportement en traction monotone des soudures n'a montré aucune influence significative des défauts de soudage sur les propriétés des soudures, bien que le kissing bond et le GAP soient le site d'amorçage de la rupture. Des essais de traction in situ au MEB ont permis de déterminer une contrainte seuil au-delà de laquelle on observe l'ouverture du kissing bond. L'étude du comportement en traction des soudures a été complétée par une simulation 3D par éléments finis. Les courbes de Wöhler ont montré que le résidu de plan de joint n'engendrait pas de baisse significative de la durée de vie des soudures, alors que le kissing bond et le GAP conduisaient à une réduction de l'ordre de 17% et 28% respectivement sur la contrainte à 105 cycles. L'étude des mécanismes d'amorçage a révélé que ces deux défauts étaient site d'amorçage de fissures de fatigue uniquement au-delà d'une contrainte seuil. Dans ces cas, la phase d'amorçage était réduite à l'ouverture du défaut durant la première moitié du premier cycle. La rupture finale des soudures a été étudiée au travers d'essais de déchirure ductile montrant une évolution de la nocivité des défauts similaire à celle révélée par les courbes de Wöhler.
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Le, Jolu Thomas. "Étude de l'influence des défauts de soudage sur le comportement plastique et la durée de vie en fatigue de soudures par friction-malaxage d'un alliage Al-Cu-Li." Phd thesis, Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0102.
Full textAbstract:
Dans un but de réduction de poids des avions, un alliage Al-Cu-Li (2198-T8) assemblé par friction-malaxage est envisagé par les avionneurs pour des applications de type fuselage et intrados de l'aile. L'objectif de cette étude est de déterminer le comportement en fatigue des soudures par friction-malaxage et l'influence de certains défauts de soudage pour une durée de vie de l'ordre de 105 cycles. Pour cela le matériau de base, des soudures réalisées pleine tôle (sans défaut), des soudures contenant un résidu de plan de joint (dû à la couche d'oxydes initialement présente sur les chants des tôles avant soudage), un "kissing bond" (dû à un manque de pénétration de l'outil) et un "GAP" (correspondant à un défaut d'accolement des tôles) ont été testés. Pour la durée de vie visée, les soudures sont déformées plastiquement durant la première moitié du premier cycle. Le comportement en traction monotone des soudures n'a montré aucune influence significative des défauts de soudage sur les propriétés des soudures, bien que le kissing bond et le GAP soient le site d'amorçage de la rupture. Des essais de traction in situ au MEB ont permis de déterminer une contrainte seuil au-delà de laquelle on observe l'ouverture du kissing bond. L'étude du comportement en traction des soudures a été complétée par une simulation 3D par éléments finis. Les courbes de Wöhler ont montré que le résidu de plan de joint n'engendrait pas de baisse significative de la durée de vie des soudures, alors que le kissing bond et le GAP conduisaient à une réduction de l'ordre de 17% et 28% respectivement sur la contrainte à 105 cycles. L'étude des mécanismes d'amorçage a révélé que ces deux défauts étaient site d'amorçage de fissures de fatigue uniquement au-delà d'une contrainte seuil. Dans ces cas, la phase d'amorçage était réduite à l'ouverture du défaut durant la première moitié du premier cycle. La rupture finale des soudures a été étudiée au travers d'essais de déchirure ductile montrant une évolution de la nocivité des défauts similaire à celle révélée par les courbes de WöhlerWith the aim of reducing aircraft weight, a friction stir welded Al-Cu-Li alloy (2198-T8) is considered by aircraft manufacturers for its use in fuselage or lower wing skin applications. The purpose of this study is to assess the fatigue behaviour of friction stir welds and the influence of some weld defects on fatigue properties for a target lifetime of 105 cycles. Base material, sound welds (produced via welding in one sheet), welds bearing a joint line remnant (due to the native oxide layer present on butt surfaces before welding), a kissing bond (due to a lack of tool plunge depth), and welds with an initial gap between the two butt surfaces, were tested. For the targeted lifetime, cross-weld specimens were plastically deformed during the first half of the first cycle. During cross-weld tensile tests, macroscopic properties were not altered by weld defects, although kissing bond and GAP defects acted as fracture initiation sites. In situ SEM tensile tests showed a threshold stress, beyond which the opening of the kissing bond is observed. The study of the tensile behaviour of the weld is enriched by a 3D finite element simulation. S-N curves showed that the joint line remnant did not generate a significant decrease in weld lifetime, whereas the kissing bond and GAP defects conducted to a decrease in the fatigue strength at 105 cycles by 17% and 28%, respectively. The study of initiation mechanisms revealed that those two defects were fatigue crack initiation sites only beyond a threshold value of stress. For higher values of stress, the fatigue crack initiation stage was shown to be reduced to the defect opening during the first half of the first cycle. The final weld fracture was studied through ductile tearing tests, revealing an evolution of defect harmfulness similar to the one found in S-N curves
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Meslin, Estelle. "Mécanismes de fragilisation sous irradiation aux neutrons d'alliages modèles ferritiques et d'un acier de cuve : amas de défauts." Rouen, 2007. http://www.theses.fr/2007ROUES077.
Full textAbstract:
Une partie de la fragilisation des aciers de cuve sous irradiation résulte de la formation d’amas de défauts de types : des amas de solutés et des amas de défauts ponctuels (DP). Ce travail a contribué à la compréhension des mécanismes de formation des amas de soluté dans des alliages modèles ferritiques faiblement sursaturés en cuivre ([Cu] = 0. 1 %pds) (FeCu et FeCuMnNi) ou exempt de cuivre (FeMnNi) et dans un acier de cuve de type 16MND5. Ces matériaux ont été irradiés avec des neutrons en réacteur expérimental autour de 300°C. La confrontation entre les amas de soluté, caractérisés par sonde atomique tomographique, et les amas de DP, modélisés avec un code de dynamique d’amas paramétré à partir d’analyses de microscopie électronique en transmission, a montré que le mécanisme le plus probable de formation des amas de soluté était la précipitation/ségrégation induite à caractère hétérogène, sur les amas de DP.
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Gasperini, Monique. "Contribution à la caractérisation du comportement en emboutissage en rétreint d’une tôle d’alliage Al-Mg 2% : application d’un critère d’instabilité plastique à l’apparition de bandes de cisaillement." Paris 11, 1985. http://www.theses.fr/1985PA112056.
Full textAbstract:
Cette thèse avait pour but d'expliquer l'apparition de bandes de cisaillement macroscopiques au cours de l'emboutissage cylindrique en rétreint d'une tôle d'alliage Al-Mg 2%, qui constituent des défauts sévères. Dans le cadre de la mécanique des milieux continus avec une loi de comportement issue du critère de plasticité de Hill pour les matériaux orthotropes, un critère d'instabilité plastique localisée, formulé en théorie des grandes déformations et s'exprimant sur les contraintes a été testé d'une manière semi-expérimentale grâce à la détermination des déformations sur les collerettes des godets par la méthode des grilles. Les zones d'instabilité ainsi calculée coïncident approximativement avec les zones angulaires dans lesquelles sont observées les bandes de cisaillement. Cette méthode s'est heurtée à la difficulté de la description du comportement réel du matériau et aux limitations expérimentales sur la précision des contraintes obtenues. Par ailleurs, l'évolution de la texture cristallographique au cours de l'emboutissage a été qualitativement étudiée. Des analogies entre les bandes de cisaillement en laminage et en emboutissage ont été suggérées, soulignant la nécessité de réaliser des investigations microstructurales plus approfondiesThe aim of this thesis was to explain occurrence of macroscopic shear bands during cylindrical deep drawing of an Al-Mg 2% thin sheet which make up severe defects. In the frame of mechanics of a continuous medium with a constitutive equation stemmed from the Hill criterion for orthotropic materials, a criterion of localized plastic instability formulated in large strain theory and expressed on stresses has been tested in a semi experimenta1 way thanks to determination of strains on the flanges of cups by grid method. The zones of instability so calculated coincide approximatively with angular zones where shear bands are observed. This method is come up against the difficulty to describe real behaviour of the material and against experimental limitations on stress accuracy. On another hand, evolution of crystallographic texture during deep drawing has been qualitatively studied. Analogies between shear bands occurring during rolling and deep drawing have been suggested, underlining necessity to perform detailed microstructural investigations
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Lefranc, Pierre. "Endommagement sous chargement cyclique avec temps de maintien de l'alliage de titane Ti-6242 : rôle de l'hydrogène interne." Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Lefranc-Pierre/2008-Lefranc-Pierre-These.pdf.
Full textAbstract:
Cette thèse vise à améliorer la compréhension du phénomène appelé « dwell-effect », observé sur la plupart des alliages de titane, consistant en une chute de durée de vie en fatigue suite à l’introduction de temps de maintien à la charge maximale du cycle de fatigue. Cette étude a permis de montrer que ce phénomène résulte d’un amorçage plus précoce et d’une fissuration plus rapide sous chargement de fatigue-dwell. Les analyses menées sur les éprouvettes de fatigue et de fluage ont révélé que l’activation de glissements basal ou pyramidal peut être à l’origine d’un endommagement interne par formation de cavités. De plus, cette étude montre que l’hydrogène interne, dans la gamme de teneurs 30-300 ppm, a un effet bénéfique sur les durées de vie, sans pour autant modifier les mécanismes de déformation et d’endommagement. Pour une teneur inférieure à 150 ppm, cet effet bénéfique peut être expliqué par l’augmentation de la limite élastique avec la teneur en hydrogène ; au-delà de cette teneur, l’accroissement de la limite d’élasticité ne suffit plus à expliquer l’effet bénéfique de l’hydrogène sur les durées de vie en fatigue. Les différents essais de fissuration ont montré que l’augmentation de la vitesse de fissuration sous air sous chargement de fatigue-dwell est le résultat de la combinaison des effets néfastes de l’environnement et de l’hydrogène interne. Le rôle exact de l’hydrogène reste à préciser mais il pourrait être à l’origine de la formation de micro fissures dans les zones de forte triaxialité de contraintes. Des analyses par micro empreintes montrent que l’hydrogène passe de la phase b à la phase a au niveau des bandes de glissement, via les dislocations. Enfin, l’intégration des lois de fissuration permet de reproduire convenablement l’évolution de la longueur d’une entaille au cours d’essais de fatigueThis study focuses on the dwell-fatigue behaviour of a beta-forged Ti-6242 alloy. The dwell-effect, phenomenon observed on most of titanium alloys, consists in a fatigue-life decrease after the introduction of hold periods at the maximum stress level. Firstly, this study shows that the dwell-effect results from both earlier fatigue-crack initiation and faster crack propagation. The analyses conducted on the fatigue and creep specimens reveal an internal damage consisting in micro voids nucleation along shear bands resulting from either basal or pyramidal slips. Moreover, tests conducted on hydrogen-charged specimens until 300 ppm show that internal hydrogen has a beneficial effect on fatigue-life without changing the damage mechanism. However, for hydrogen content below 150 ppm, this beneficial may be explained by the increase in yield stress with the increasing hydrogen content, but for hydrogen content over 150 ppm, the increase in yield stress is not sufficient to explain the increase in fatigue-life. Crack growth tests reveal faster crack propagation under dwell-fatigue loading. This increase in crack growth rate results from a combination of deleterious effects of environment and internal hydrogen. The role of internal hydrogen needs more analyses to be clearly established but the internal hydrogen could be responsible of the nucleation of micro cracks in the main crack tip area
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Radiguet, Bertrand. "Etude de la formation d'amas diffus de solutés sous irradiation dans des alliages modèles ferritiques." Phd thesis, Université de Rouen, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00510750.
Full textAbstract:
Dans les aciers des cuves des réacteurs nucléaires, l'irradiation neutronique engendre une densité numérique élevée (10^23 à 10^24 m-3) d'amas de solutés de quelques nanomètres de diamètre. Ces amas sont constitués d'un élément en sursaturation dans la matrice ferritique (Cu) ainsi que d'éléments solubles (Mn, Ni, Si, P) à la température d'irradiation (environ 300°C). Les travaux décrits dans ce mémoire ont pour objectifs de déterminer le phénomène responsable de la formation de ces amas (cascades de déplacements, précipitation homogène ou hétérogène) et d'obtenir des informations sur l'effet des différents solutés. La microstructure d'alliages modèles, après différentes expériences d'irradiation aux ions et aux électrons, est caractérisée par sonde atomique. La confrontation des résultats expérimentaux avec ceux obtenus à l'aide d'un modèle en dynamique d'amas calculant l'évolution de la population de défauts ponctuels lors des irradiations indique que la précipitation des amas de solutés est hétérogène, sur les amas de défauts ponctuels. La cinétique de précipitation est ralentie par les solutés autres que le cuivre.
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Garandet, Jean-Paul. "Etude des phénomènes de transport et des défauts cristallins dans des alliages Ga-Sb et Ga-In-Sb élaborés par la méthode Bridgman." Grenoble INPG, 1989. http://www.theses.fr/1989INPG0058.
Full text
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Dézécot, Sébastien. "Caractérisation et modélisation du rôle des défauts microstructuraux dans la fatigue oligocyclique des alliages d'aluminium de fonderie : Application au procédé à modèle perdu." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI148/document.
Full textAbstract:
Cette étude s’attache à caractériser les mécanismes d’endommagement qui mènent à la rupture d'un alliage AlSi7Cu3Mg élaboré par un procédé à modèle perdu sous sollicitations cycliques isothermes à 250°C en condition de plasticité généralisée. Sa caractérisation par micro-tomographie aux rayons X (µCT) a montré la complexité et l'aspect 3D marqué de la microstructure: présence de pores de morphologies complexes de grandes tailles (>1mm) et d'un réseau inter-connecté de particules. Un montage expérimental a été développé pour réaliser des essais de fatigue à haute température suivis in situ par µCT synchrotron. Ces essais ont mis en évidence les interactions entre les fissures et les éléments microstructuraux. Les fissures s'amorcent au cœur des éprouvettes à proximité des cavités de retrait au niveau de particules dures. La propagation des fissures apparaît corrélée à la rupture progressive des particules présentes en pointe de fissure. Ces observations ont été complétées par des essais de fissuration réalisés sur des éprouvettes macroscopiques. Un matériau sans pore (similaire au premier) à été produit pour dissocier le rôle des pores et celui des particules dans la fissuration du matériau. L’influence des pores se révèle du premier ordre pour l’amorçage. Des maillages éléments finis réalistes ont été générés pour réaliser des simulations élasto-viscoplastiques qui ont permis de proposer un critère d’amorçage. Les zones critiques vis-à-vis de l’amorçage de fissures sont celles où l’énergie de déformation inélastique est maximale. Les chemins de fissuration correspondent aux zones localisant les déformations inélastiques et présentant de fortes triaxialités des contraintes. L’ensemble de ces analyses a donc permis de proposer un scénario complet d’endommagement. Enfin, les essais sur éprouvettes macroscopiques ont permis de proposer un modèle pour décrire la vitesse de propagation des fissures et ceci pour les deux matériaux. Ce modèle, facilement utilisable en bureau d’étude, a été validé pour différents niveaux de chargementsThis study aims to characterize the fatigue damage mechanisms that lead to the rupture of a cast aluminum alloy AlSi7Cu3Mg produced by lost foam casting at 250°C under large scale yielding. Its characterization by X-ray micro-tomography (µCT) showed the complexity and the strong 3D aspect of its microstructure: large pores with complex shapes (>1mm) and a network of interconnected hard particles are present. An experimental setup was developed to perform high-temperature fatigue tests monitored in situ by synchrotron µCT. These tests revealed the interactions between cracks and microstructural elements. Cracks initiated, in the bulk, on hard particles located in the vicinity of shrinkage cavities. Cracks propagation appears to be correlated to the progressive rupture of particles present in front of the crack tip. These observations were completed by crack growth tests carried out on macroscopic specimens. A pore-free material (similar to the first) was produced to dissociate the role of pores and particles on the low cycle fatigue behavior of the material. Pores appear to be more critical regarding cracks initiation. Realistic finite element meshes have been generated to perform elasto-viscoplastic simulations which have allowed to propose a criterion for cracks initiation. Critical areas regarding cracks initiation are correlated to areas where the inelastic strain energies are maximum. The crack paths correspond to areas where inelastic strains are located and where the levels of stress triaxiality are high. All these informations allowed to propose a damage scenario. Finally, the tests on macroscopic specimens allowed to propose a crack growth speed model for both materials. This model, easily usable by engineers, have been validated for different loadings
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Buffard, Laurent. "Influence des interactions des défauts, de l'ordre-désordre et de la transformation martensitique sur l'hystérésis mécanique d'un alliage à mémoire de forme CuZnAIni." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1991. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1404_lbuffard.pdf.
Full textAbstract:
Afin de répondre à un problème industriel complexe (le contrôle de produits maintenus dans une chaîne de température) un appareil, le thermomarqueur a été inventé. Sa motorisation consiste en un alliage à mémoire de forme du type cu-zn-al-ni. Pour cela il a été nécessaire de maîtriser les différents paramètres de la transformation de phase (vieillissement, stabilisation de la martensite, effet de contraintes cycliques). Par ailleurs, l'influence de plusieurs traitements thermiques et thermomécaniques (éducation) a été mise en évidence à l'aide de:1) la dilatométrie de trempe; 2) la calorimétrie différentielle à balayage; 3) l'émission acoustique; 4) la microscopie électronique en transmission. Ces études fines effectuées sur plus de cinq mille mesures nous ont permis d'approcher les mécanismes physiques intervenant au niveau des défauts (lacunes, dislocations) et des états ordonnes. Une modélisation en est proposée.
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Hellio, Christine. "Étude par microscopie électronique à transmission des défauts induits par irradiation aux ions et aux électrons dans du zirconium pur et quatre de ses alliages." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112482.
Full textAbstract:
Étude cristallographique et cinétique des défauts crées par irradiation entre 400 et 700 c par des ions zr**(+) (500 kev) et par des électrons (1 mev) dans zr pur, zr-1760 ppm o, zr-1% nb-430 ppm o, zr-1% nb-1800 ppm o, et dans l'alliage zircaloy 4 (% en poids). Les défauts sont essentiellement des boucles de dislocations. Analyse cinétique de leur croissance. Influence de l'oxygène. Détermination de l'énergie apparente de migration de lacunes. Analyse du comportement au recuit après irradiation ionique
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Deleume, Julien. "Facteurs métallurgiques et mécaniques contrôlant l'amorçage de défauts de corrosion sous contrainte dans l'alliage 718 en milieu primaire des réacteurs à eau sous pression." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2007. http://oatao.univ-toulouse.fr/7676/1/deleume.pdf.
Full textAbstract:
L'amélioration continue des performances et de la fiabilité des assemblages de combustible des réacteurs à eau sous pression nécessite de bien connaître les marges de fonctionnement des structures et des matériaux les constituant. Le choix de l'alliage 718 comme matériau de référence pour cette étude répond à la volonté industrielle d'identifier les paramètres du premier ordre contrôlant l'excellente tenue à l'amorçage de défauts de Corrosion Sous Contrainte (CSC) de cette nuance. A cette fin, un essai spécifique d'amorçage de défauts de CSC a été développé et modélisé. La sélectivité de cet essai de traction lente en milieu primaire REP simulé à 350°C sur éprouvette emboutie en V a été clairement établie à l'aide de neuf coulées de feuillards en alliage 718. Indépendamment de leur origine (élaborateur et/ou transformateur) et bien qu'ayant un passé thermomécanique analogue, elles présentent des niveaux de sensibilité à l'amorçage de défauts très différents. L'ensemble des matériaux caractérisés développent des couches d'oxydes de nature, compositions et dimensions analogues pour une large gamme de durées d'exposition en milieu primaire REP simulé réalisée dans l'intervalle de températures [320°C – 360°C]. Des analyses SIMS ont permis de mettre en évidence un processus d'oxydation intergranulaire et/ou interne sur des profondeurs micrométriques, accompagné par la présence d'oxygène dissous en amont de ces pénétrations intergranulaires. En outre, il a été établi que le niveau de résistance à l'amorçage de défauts de CSC de l'alliage 718 n'est pas modifié par la précipitation en quantité plus ou moins importante de la phase δ, quelles que soient sa morphologie et sa localisation. L'étude des effets de la mécanique sur le comportement de l'alliage 718 vis-à-vis de l'amorçage de défauts de CSC a permis d'établir que le niveau de sensibilité intrinsèque d'une coulée à la fissuration intergranulaire fragile semble être lié à la teneur de l'alliage en espèces interstitielles. De plus, le déclenchement d'instabilités plastiques de type PLC permet à lui seul d'inhiber la rupture intergranulaire à caractère fragile de l'alliage. L'étude de la localisation de la déformation par EBSD semble montrer que les différents niveaux de sensibilité observés peuvent être reliés à une tendance plus ou moins prononcée du matériau à localiser la déformation, générant ainsi de fortes incompatibilités entre grains.
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Jambon, Fanny. "Mécanismes d'absorption d'hydrogène et intéractions hydrogène-défauts : implications en corrosion sous contrainte des alliages à base nickel en milieu primaire des réacteurs à eau pressurisée." Thesis, Evry-Val d'Essonne, 2012. http://www.theses.fr/2012EVRY0028.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse s’intéresse aux alliages à base nickel exposés au milieu primaire des réacteurs à eau pressurisée : ceux-ci, et en particulier, l’alliage 600, contenant environ 16% de chrome, montrent, en service, une sensibilité à un phénomène de corrosion localisée appelé corrosion sous contrainte (CSC). La corrosion sous contrainte aboutit, à terme, au développement de fissures intergranulaires nécessitant le remplacement des matériaux de structure. La compréhension de ces phénomènes constitue donc un enjeu majeur dans le cadre de la sûreté et du prolongement de la durée de vie des réacteurs, avec, également, des aspects économiques évidents. Le rôle de cette étude est d’apporter des éléments de compréhension quant au rôle de l’hydrogène dans ces phénomènes de corrosion sous contrainte. L’objectif de ce travail était double : d’une part, déterminer la source principale de l’hydrogène absorbé par l’alliage lors de exposition au milieu primaire, et d’apporter des éléments permettant de caractériser le mécanisme responsable de son absorption. D’autre part, un second objectif consistait à évaluer dans quelle mesure l’hydrogène absorbé par l’alliage pouvait jouer un rôle dans ces phénomènes de CSC, notamment, en regard de ses interactions possibles avec les défauts de structure du matériau. À cette fin, des techniques de traçage isotopique mises en œuvre lors de la corrosion de ces alliages en milieu primaire ont été utilisées, la pénétration des traceurs étant ensuite analysées par spectrométrie de masse d’ions secondaires. Ces analyses ont permis de montrer que l’hydrogène absorbé provenait principalement de la dissociation de la molécule d’eau lors de l’édification du film d’oxyde passif. Par ailleurs, la création de défauts de structure dans le matériau, et leur étude par annihilation de positons et microscopie électronique en transmission, après création ou après interaction avec l’hydrogène introduit par chargement cathodique, ont permis de caractériser les interactions de cet élément avec les défauts. Ces interactions sont importantes, et mènent à une réorganisation des défauts (coalescence, migration), mais sont transitoires, leur intensité dépendant de l’activité locale de l’hydrogène en solution. Ces résultats ont permis la proposition d’un nouveau modèle d’amorçage et de propagation des fissures de CSCSince the late 1960s, a special form of stress corrosion cracking (SCC) has been identified for Alloy 600 exposed to pressurized water reactors (PWR) primary water: intergranular cracks develop during the alloy exposure, leading, progressively, to the complete ruin of the structure, and to its replacement. The main goal of this study is therefore to evaluate in which proportions the hydrogen absorbed by the alloy during its exposure to the primary medium can be responsible for SCC crack initiation and propagation. This study is aimed at better understanding of the hydrogen absorption mechanism when a metallic surface is exposed to a passivating PWR primary medium. A second objective is to characterize the interactions of the absorbed hydrogen with the structural defects of the alloy (dislocations, vacancies…) and evaluate to what extent these interactions can have an embrittling effect in relation with SCC phenomenon. Alloy 600-like single-crystals were exposed to a simulated PWR medium where the hydrogen atoms of water or of the pressuring hydrogen gas were isotopically substituted with deuterium, used as a tracer. Secondary ion mass spectrometry depth-profiling of deuterium was performed to characterize the deuterium absorption and localization in the passivated alloy. The results show that the hydrogen absorption during the exposure of the alloy to primary water is associated with the water molecules dissociation during the oxide film build-up. In an other series of experiments, structural defects were created in recrystallized samples, and finely characterized by positron annihilation spectroscopy and transmission electron microscopy, before or after the introduction of cathodic hydrogen. These analyses exhibited a strong hydrogen/defects interaction, evidenced by their structural reorganization under hydrogenation (coalescence, migrations). However, thermal desorption spectroscopy analyses indicated that these interactions are transitory, and dependent on the local hydrogen activity in the bulk material. Finally, these results allowed a new model describing SCC crack initiation and propagation to be formulated
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Pauze, Nathalie. "Fatigue corrosion dans le sens travers court de tôles d'aluminium 2024-T351 présentant des défauts de corrosion localisée." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00359611.
Full textAbstract:
La gestion des flottes vieillissantes conduit à étudier les effets de la corrosion sur la tenue mécanique des structures en alliages d'aluminium, depuis les défauts de corrosion de surface jusqu'à la fissure mécaniquement active.Nous avons caractérisé la sensibilité de l'alliage 2024-T351 à la corrosion intergranulaire. Il se forme en 7h d'immersion dans NaCl 0.5 M un défaut semi-elliptique de 200 µm de profondeur. Puis la corrosion intergranulaire ralentit fortement.
Nous avons étudié les mécanismes de propagation en fatigue à partir de ces défauts, en particulier la transition entre la corrosion intergranulaire et les fissures transgranulaires courtes de fatigue. A chaque étape de l'endommagement, une estimation des cinétiques, du Delta-K et la morphologie des défauts sont données. Deux mécanismes ont été distingués : un mécanisme de corrosion sous contrainte (cyclique) intergranulaire et un mécanisme de fatigue corrosion transgranulaire. Un critère de transition est proposé
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Raujol, Sonia. "Influence du vieillissement sur le comportement en fluage d'un superalliage pour disques d'une turbine." Toulouse, INSA, 2004. http://www.theses.fr/2004ISAT0015.
Full textAbstract:
Le projet national «Avion de Transport Supersonique du Futur» prévoit la création d’un successeur au Concorde avec une durée de vie quatre fois plus longue et un rendement du moteur amélioré. Dans ce cadre, un nouveau superalliage pour disques de turbine appelé NR3, développé par l’ONERA, a été élaboré à la SNECMA par métallurgie des poudres afin de résister aux nouvelles conditions d’utilisation correspondant à une déformation en fluage à 700°C sous 300 MPa pendant 20000 heures. Un maintien de longue durée sous température de ce type de matériau biphasé entraîne le vieillissement de sa microstructure de précipitation et donc l’effondrement de ses propriétés mécaniques. L’objectif de ce travail est d’étudier, après différents traitements thermiques, l’influence du vieillissement sur la microstructure de précipitation bimodale retenue et d’en déduire la répercussion sur la tenue en fluage à partir de l’étude des micro-mécanismes de déformation. Pour cela, plusieurs techniques expérimentales ont été utilisées : essais de fluage, microscopie électronique en transmission (MET) post mortem et in situ et spectroscopie EDX. Ce travail a permis de montrer que le vieillissement affecte uniquement la population de petits précipités appelés tertiaires qui tend à disparaître. L’observation par MET et la caractérisation des micro-mécanismes responsables de la déformation ont permis de comprendre le rôle essentiel de ces précipités. Ils contrôlent la tenue en fluage par leur taille, la distance qui les sépare, leur chimie et la qualité de leur ordreThe purpose of the national project called «Future Supersonic Transport Airplane» concerns the creation of a successor for Concorde able to have a life time four times longer and an increase of the aeroengine output. A new powder metallurgy superalloy called NR3, developed at ONERA, was then elaborated at SNECMA to be used for turbine disks in order to resist the new real working conditions. They are defined by a creep deformation near 700°C under 300 MPa during 20. 000 hours and the long time maintenance, at such a temperature, of this two-phase alloy, inducing a microstructural change negative for the mechanical properties must be understood. The aim of our work is to study, after different thermal treatments, the evolution of the deformation micro-mechanisms during this microstructural ageing, in order to deduce its impact on the creep resistance of the alloy. Several different experimental techniques were used at different scales: macroscopic creep tests, post mortem and in situ transmission electron microscopy (TEM) and EDX spectroscopy. Finally, a particular emphasis is made on the decrease of the population of the smallest “tertiary” precipitates during ageing. Their important role is revealed by TEM observations through the evolution of the micro-mechanisms responsible for the deformation. It is clearly demonstrated that their dimension, the channel width between them, their chemistry and the quality of their order control at this temperature the variation of the creep resistance of the alloy
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Geuffrard, Marion. "Amorçage et micro-propagation de fissure en fatigue à haute température à partir de défauts dans un superalliage monocristallin." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00609109.
Full textAbstract:
Les aubes de turbine haute pression des turboréacteurs sont des composants soumis à des chargement thermo-mécanique sévères. Ces aubes sont maintenant réalisées en superalliage monocristallin à base nickel car ce matériau possède d'excellentes propriétés à haute température. Le procédé de fabrication de ces aubes monocristalline entraîne des défauts et notamment des pores localisés dans les espaces inter-dendritiques. Sous l'action de sollicitation cyclique, des microfissures se forment sur ces défauts, donnant naissance à une fissure principale pouvant conduire à la rupture de la pièce. L'objet de cette thèse est d'étudier l'amorçage et la micro-propagation de fissure sur défaut. Une étude expérimentale a été menée sur des éprouvettes tubulaires contenant une entaille assimilée à un pore. Nous avons montré que la viscoplasticité et l'activation de l'oxydation induisaient un comportement de type fissure courte. Une analyse numérique par éléments finis sur des maillages d'éprouvettes entaillées a montré l'importance de la plasticité générée par le défaut sur la vitesse de propagation des fissures courtes. Puis nous avons établi un modèle de micro-propagation de fissure permettant d'estimer la vitesse de propagation de fissure s'amorçant sur une entaille. Nous avons opté pour un modèle décrit à l'échelle locale en utilisant les champs de contraintes générées par le défaut. Ce modèle rend compte de la plasticité locale due à l'entaille et de la fragilisation en pointe de fissure par l'oxydation. Le modèle développé ouvre des perspectives prometteuses sur la prédiction de la durée de vie à l'amorçage sur pore de fonderie.
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Agouti, Siham. "Étude de l'origine de défauts détectés dans des pièces en alliage d'aluminium de la série 7XXX destinées à l'industrie aéronautique." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00802983.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse s'insèrent dans le cadre de l'étude de défauts détectés par contrôle ultrason dans des pièces forgées en alliage d'aluminium destinées à l'industrie aéronautique.Cette étude a été menée sur deux pièces produites par Aubert&Duval en alliage d'aluminium 7050 fourni par Constellium. Ces pièces ont été sélectionnées sur base d'une étude statistique de l'occurrence des défauts sur cinq années de production industrielle. L'une présente un taux de rebut important du fait de ces défauts, l'autre un taux de rebut quasiment nul, bien qu'elles soient produites avec le même matériau.L'étude de l'origine des défauts a été construite autour de deux axes de recherche:* Axe thermomécanique : formation des défauts pendant la mise en forme par endommagement ductile à chaud.* Axe matériau : caractérisation des défauts préexistants dans le matériau après son élaboration et non refermés pendant la mise en forme.L'axe thermomécanique est basé sur la simulation numérique des gammes de mise en forme des pièces industrielles à l'aide du logiciel Forge® 2009. Le deuxième axe est articulé autour de la caractérisation de l'état de porosité dans un matériau modèle présentant une teneur en hydrogène élevée induisant un taux de porosité plus important que le matériau sain utilisé industriellement. De petits lopins de ce matériau modèle ont été soumis à une campagne de compression alternée simulant le forgeage industriel. La campagne de compression a été conçue par simulation numérique afin de reproduire les conditions thermomécaniques industrielles. Deux techniques de caractérisation complémentaires ont été mises en œuvre pour suivre l'évolution de la porosité : détection indirecte par contrôle ultrason à haute résolution spatiale et observations directes par microscopie électronique à balayage. Une méthode d'analyse quantitative des signaux ultrasonores a été mise au point pour ce travail.La comparaison par simulation numérique du procédé de matriçage des deux pièces industrielles étudiées a permis d'écarter l'hypothèse de la création des défauts par endommagement ductile à chaud. Lors du matriçage, la matière est soumise à des chargements globalement compressifs, et le risque d'endommagement est par conséquent très faible. De plus, comme observé lors de la caractérisation des défauts industriels, les défauts présentent un fond lisse, similaire au fond lisse observé sur les rares porosités présentes dans le matériau industriel à l'état brut d'élaboration. Le même type de fond lisse caractérise également les porosités présentes dans le matériau modèle. Cette observation favorise l'hypothèse de défauts provenant d'un défaut préexistant dans le matériau initial (en l'occurrence à partir d'une porosité). Cette hypothèse est par ailleurs cohérente avec le comportement des porosités lors de la simulation du forgeage sur petits lopins du matériau modèle.Les résultats de cette étude montrent en effet que les porosités ont tendance à s'aplatir et à se refermer pendant la déformation plastique à chaud, sans forcément cicatriser. Les faciès de rupture d'échantillons soumis à de fortes déformations cumulées et ne donnant plus de réponse ultrasonore significative continuent en effet de présenter de petites plages à fond lisse qui témoignent d'une cicatrisation incomplète. Le traitement thermique semble en outre favoriser la réouverture des porosités non cicatrisées (zones lisses) pendant la déformation et leur élargissement (zones ductiles).
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Degeiter, Matthieu. "Étude numérique de la dynamique des défauts d’alignement des précipités γ’ dans les superalliages monocristallins à base de nickel." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0038/document.
Full textAbstract:
Dans les alliages multiphasés, la cohérence des interfaces entre des phases en désaccord paramétrique génère des champs élastiques internes à longue distance et généralement anisotropes. L'interaction de ces champs affecte fortement la cinétique des transformations de phase diffusives, et influence la forme et l'arrangement spatial des précipités. Dans la microstructure des superalliages monocristallins à base de nickel, obtenue par précipitation de la phase γ’ ordonnée L12 dans la matrice CFC γ, l'élasticité conduit à la formation d'alignements quasi-périodiques des précipités γ’ cuboïdaux. La microstructure γ/ γ’ possède cependant des défauts systématiques d'alignement des précipités: des branches, des macro-dislocations et des motifs en chevrons. Nous nous intéressons à l'origine de ces défauts d'alignement. Nous conduisons des analyses de stabilité de l'arrangement périodique de précipités en interactions élastiques. Contrairement à la stabilité attendue, les calculs semi-analytiques ont révélé l'instabilité de la distribution périodique de précipités γ’ cubiques, vis-à-vis de certains modes de perturbation. Les principales instabilités sont le mode longitudinal [100] et le mode transverse [110], et leur domaine d'instabilité est analysé vis-à-vis de l'anisotropie élastique. Le développement de ces modes instables est étudié par une méthode de champ de phase classique, en simulant l'évolution de microstructures périodiques soumises à des légères perturbations initiales. Nous montrons que l'expression des instabilités d'arrangement procède essentiellement par l'évolution de la forme des précipités, et conduit à la formation de motifs qui ont pu être reliés à des microstructures expérimentales. En particulier, le mode transverse [110] conduit à la formation de motifs en chevrons. Nous étudions l'influence du taux de phase γ’ et de l'inhomogénéité du module élastique C’, et nous montrons le rôle qu'ils jouent dans la stabilisation de l'arrangement périodique. Dans des simulations réalisées dans des études antérieures, la dynamique des défauts est analysée au moyen de paramètres topologiques issus de la phénoménologie des structures hors-équilibre. Au cours d'un recuit isotherme, nous observons que les branches et les macro-dislocations migrent dans la microstructure selon des mécanismes de montée et de glissement. Nous utilisons ensuite une nouvelle formulation des modèles de champ de phase, intrinsèquement discrète, dans laquelle les interfaces sont résolues essentiellement avec un pas de grille sans friction de réseau et avec une invariance par rotation précise. Cette approche, appelée Sharp Phase Field Method (S-PFM), est implémentée sur une grille CFC, et avec une description des quatre variants de translation des précipités γ’. Nous montrons que la S-PFM permet la modélisation de microstructures à grande échelle, avec plusieurs milliers de précipités à deux et trois dimensions, et donne ainsi accès à des informations statistiques sur l'évolution de la microstructure et sur la dynamique des défauts d'alignement. Nous discutons finalement la perspective de modéliser l'évolution de la microstructure γ/γ’ à une échelle supérieure par une description de la dynamique des défauts d'alignement des précipitésIn multiphase alloys, internal elastic fields often arise as a result of a coherently adjusted misfit between the lattices of coexisting phases. Given their long-range and usually anisotropic nature, the interaction of these fields is known to significantly alter the kinetics of diffusion-controlled phase transformations, as well as influence the shapes and spatial arrangement of the misfitting precipitates. In the microstructure of single-crystal nickel-base superalloys, obtained by precipitation of the L12-ordered γ’ phase in the FCC γ matrix, elasticity leads to the formation of nearly periodic alignments of the cuboidal γ’ precipitates. However, the γ/γ’ microstructure systematically displays defects in the precipitate alignment: branches, macro-dislocations and chevron patterns. We first address the question of the origin of these alignment defects. Stability analyses of the periodic arrangement of elastically interacting precipitates are carried out. Contrary to the expected stability, the semi-analytical calculations revealed the periodic distribution of cubic γ‘ precipitates to be unstable against specific perturbation modes. The main instabilities are the [100] longitudinal mode and the [110] transverse mode, and their instability range is analyzed with respect to the elastic anisotropy. The consequences of these unstable modes are investigated using a classic phase field method, by modeling the evolution of periodic microstructures undergoing small initial perturbations. We show the expression of the instabilities mainly proceeds by the evolution of the precipitate shapes, and leads to the formation of patterns which were related to experimental microstructures. Specifically, the [110] transverse instability is responsible for the formation of chevron patterns. The effects of the volume fraction and of an inhomogeneity on the C’ shear modulus on the stability of the arrangement are studied, and we show the role they play in the partial stabilization of the periodic distribution, though the [100] longitudinal mode always remains unstable. In phase field calculations carried out in previous studies, the dynamics of alignment defects are analyzed by means of topological parameters derived from pattern formation theory. During annealing, branches and macro-dislocations were observed to migrate in the microstructure according to climbing and gliding mechanisms. We then use a new formulation of phase field models, intrinsically discrete, in which the interfaces are resolved with essentially one grid point with no pinning on the grid and an accurate rotational invariance. This approach, known as the Sharp Phase Field Method (S-PFM), is implemented on a FCC grid and accounts for the four translational variants of the γ’ precipitates. We show that the S-PFM allows for the modeling of large-scale microstructures, with several thousand precipitates both in two and three dimensions, and provides access to statistical information on the microstructure evolution and on the the dynamics of alignment defects. We finally discuss the perspective of modeling the evolution of the γ/γ’ microstructure at the macroscale by means of a description of the defect dynamics in the precipitate alignments
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Amor, Sarrah. "Étude des défauts dans les alliages de semi-conducteurs à grand gap B(AlGa)N et de leur rôle dans les propriétés de transport : application aux photo-détecteurs U." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0286/document.
Full textAbstract:
Le nitrure de gallium (GaN) et ses alliages ternaires et quaternaires suscitent de plus en plus d’intérêt dans les communautés scientifiques et industrielles pour leur potentiel d’utilisation dans des dispositifs électroniques haute fréquence, dans les transistors à forte mobilité électroniques, dans la photo-détection UV et les cellules solaires de nouvelles générations. L’aboutissement de ces nouveaux composants reste entravé à l’heure actuelle, entre autre, par la non maîtrise des techniques d’établissement de contacts électriques. C’est dans ce cadre général que s’inscrivent les travaux de cette thèse. Même si l’objectif principal de cette thèse concerne l’étude des défauts électriquement actifs dans les alliages de semiconducteurs à grand gap B(AlGa)N et de leur rôle dans les propriétés de transport, la réalisation des contacts ohmiques et des contacts Schottky constitue une étape essentielle dans la réalisation des dispositifs à étudier. Pour les contacts ohmiques, nous avons déposé des couches de type Ti/Al/Ti/Au (15/200/15/200) par évaporation thermique. Des résistances spécifiques des contacts de l’ordre de 3x10-4Wcm2 ont été déterminées par les méthodes des TLM linéaires et confirmées par les TLM circulaires. Une modélisation théorique a été entreprise dans ce sens pour analyser les mesures expérimentales. Ensuite on a réalisé des diodes Schottky en déposant des contacts métalliques de Platine (Pt) d’épaisseur 150 nm. Des facteurs d’idéalité de 1.3 et une hauteur de barrière de 0.76 eV ont été obtenus et d’une manière reproductible. Une fois ces dispositifs réalisés, une étude des mécanismes de transport a été entreprise et nous a permis de mettre en évidence l’existence des effets tunnel direct et assisté par le champ, en plus de l’effet thermoïonique classique. Ceci a été mis en évidence par des mesures de courant et de capacité en fonction de la température. Pour les photodétecteurs, nous avons réalisés les mêmes mesures de courant et de capacité à l’obscurité et sous illumination à des longueurs d’ondes adaptées. Ces mesures nous ont permis de comprendre les phénomènes de gain qu’on a observés sur ces échantillons et aussi de mettre en évidence des mécanismes thermiquement actifs, dont les énergies d’activation ont été déterminées par la technique de l’Arrhenius. L’étude des défauts électriquement actifs a été menée par la technique transitoire de capacité de niveaux profonds, la (DLTS). Cette technique a été récemment mise en oeuvre au laboratoire et nous a permis d’effectuer des mesures sous différentes conditions incluant diverses polarisations de repos, différentes fréquences, et différentes hauteurs et largeurs d’impulsion de polarisation. Un des résultats importants est la possibilité de caractérisation à la fois des pièges à majoritaires et des pièges à minoritaire en changeant simplement les conditions de polarisation et contrairement aux procédures habituelles où une excitation optique supplémentaire est souvent nécessaire pour augmenter la concentration des porteurs minoritaires. Il a ainsi été mis en évidence, en accord avec la plupart des résultats de la littérature, l’existence de 6 pièges à électrons, tous situés en dessous de 0.9 eV de la bande de conduction, de trois pièges à trous dans l’intervalle 0.6 - 0 .7 eV au dessus de la bande de valence et un piège à trous distribué à l’interface. Une procédure rigoureuse de fit a été mise au point et a permis de confirmer nos résultats obtenus par la procédure classique de l’ArrheniusGallium nitride (GaN) and its ternary and quaternary alloys are attracting more and more interest in the scientific and industrial communities for their potential for use in high frequency electronic devices, for transistors with high electronic mobility, for UV photo-detection and new-generation solar cells. The outcome of these new components is still be seen to be limited in many areas, mainly due to the lack of control of electrical contacts implementation techniques. It is in this context that this thesis takes place.Although the main objective of this thesis deals with the study of the electrically active defects in high band gap B(AlGa)N semiconductor alloys and their role in the transport properties, the production of ohmic and Schottky contacts is an essential step in the realization of the devices under study. For the Ohmic contacts, we have deposited Ti/Al/Ti/Au (15/200/15/200) layers by thermal evaporation. Using the Transfer Length Method (TLM), we obtained specific contact resistances in the order of 3x10-4Wcm2. The Circular TLM has also confirmed this result. Besides, a theoretical modelling has been carried out to analyse the experimental measurements. Schottky diodes were then produced by depositing 150 nm platinum (Pt) metal contacts. An ideality factor of 1.3 and a barrier height of 0.76 eV were obtained. On the other hand, a study of transport mechanisms has been performed. It allowed us to demonstrate the existence of the direct tunnelling and the Thermionic Field Emission, in addition to the conventional thermionic effect. This result was underpinned by current and capacity measurements as a function of temperature. For photo detectors, we performed the same measurements of current and capacity in darkness and under illumination at suitable wavelengths. These measurements allowed understanding the internal gain that was observed on the samples. Furthermore, they show the effect of the thermally active mechanisms whose activation energies were determined by the Arrhenius technique. Using the Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS) technique followed up the study of the electrically active defects. This technique has recently been implemented in the laboratory. It allowed us to perform measurements under different conditions including various reverse bias, different frequencies, and different voltage pulse amplitudes and durations. One of the important results is the possibility of characterizing both majority and minority traps by simply changing the polarization conditions, as opposed to the usual procedures where an additional optical excitation is often necessary to increase the concentration of the minority carriers. In accordance with most of the encountered literature results, we found 6 electron traps all located below 0.9 eV of the conduction band, 3 hole traps in the 0.6-0.7 eV range above the valence band and one hole trap distributed at the interface. A rigorous procedure was developed and confirmed our results obtained by the standard Arrhenius technique
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Jouanny, Emilie. "Étude de l'évolution microstructurale sous irradiation aux ions Ti2+ de deux alliages de titane : lien avec les propriétés mécaniques." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0071/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse s’intéresse à l’évolution de la microstructure sous irradiation d’alliages de titane, en vue de leur potentielle utilisation dans le domaine du nucléaire. Une étude paramétrique (température, dose et flux d’irradiation) a donc été menée, à l’aide de simulations d’irradiations neutroniques par des irradiations aux ions (plateforme JANNuS – Saclay), sur les alliages T40 et TA6V, et de caractérisations microstructurales qualitatives et quantitatives post irradiation (MET, analyse d’image, SAT). Ainsi, différents défauts d’irradiation ont été identifiés. En particulier, la présence de boucles à composante dans l’alliage T40 et de précipités riches en vanadium dans l’alliage TA6V a clairement pu être mise en évidence dès la température de 300°C. La microstructure résultante est fortement dépendante des paramètres d’irradiation et de l’alliage de titane considéré. Un effet important de la température (entre 300°C et 430°C) a été noté sur les boucles de dislocations de type pour l’alliage T40 et sur les précipités pour l’alliage TA6V. Les doses et les flux considérés à 300°C ne modifient pas la distribution des défauts des deux alliages. A 430°C, l’augmentation de la dose modifie peu le paysage des boucles de dislocations de type pour l’alliage TA6V contrairement à l’alliage T40. Les précipités, quant à eux ne semblent pas affectés par l’augmentation de la dose. Une analyse des mécanismes mis en jeu est proposée. Enfin, des essais de nano-indentation ont permis une première description du lien microstructure / propriétés mécaniques. A 430°C, l'alliage T40 ne semble pas être impacté mécaniquement par l’évolution de la microstructure avec la dose d’irradiation contrairement à l'alliage TA6VThis PhD work deals with microstructural evolution of titanium alloys under irradiation, due to their potential use in the nuclear field. Parametric study (temperature, dose and irradiation flux) was conducted, using ion irradiations (JANNuS – Saclay platform) to simulate neutron irradiation damage. Two titanium alloys (CP Ti grade 2 and Ti-6Al-4V) were considered and qualitative and quantitative post irradiation microstructural characterizations were done (TEM, image analysis, APT). Thus, various irradiation defects were identified. In particular, presence of -component loops was highlighted in CP Ti grade 2 and vanadium-rich precipitates in Ti-6Al-4V from the temperature of 300°C. Resulting microstructure is hardly depending on irradiation parameters and considered titanium alloys. Important effect of temperature (between 300°C and 430°C) was noted on -type dislocation loops in CP Ti grade 2 and precipitates in Ti-6Al-4V. At 300°C, dose and flux have no effect on the defect distribution of the two titanium alloys. At 430°C, the increase of dose has a little consequence on the -type dislocation loops in Ti-6Al-4V, contrary to the ones observed in CP Ti grade 2. Precipitates, observed in Ti-6Al-4V, do not seem to be affected by the increase of the dose. Analysis of involved mechanisms is proposed. Finally, nano-indentation tests have allowed to get first description of the link between microstructure and mechanical properties. At 430°C, CP Ti grade 2 do not seem to be affected mechanically by the microstructural evolution with the irradiation dose, contrary to Ti-6Al-4V
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Voillot, Benoit. "Caractérisation de la tenue mécanique en fatigue de pièces en alliage de titane Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr contenant des défauts." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLN012/document.
Full textAbstract:
L’objet de cette étude est la tenue en fatigue de la tige coulissante d’une jambe de train d’atterrissage fabriquée par SAFRAN Landing Systems. L’alliage utilisé pour réaliser cette pièce forgée est la nuance de titane haute performance Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553). Pour assurer les meilleures caractéristiques en service, ces pièces subissent différents traitements mécaniques dont un grenaillage qui améliore la tenue mécaniques du matériau en proche surface. L’homogénéité du grenaillage dépend de la géométrie de la pièce. La connaissance des contraintes résiduelles résultant de ce traitement est un paramètre important qui influence la durée de vie en fatigue. La microstructure biphasée du matériau rend les estimations de contraintes difficiles sur ce matériau. Un protocole complet d’analyse de contraintes par diffraction des rayons-X a été mis en place et validé par test in-situ. Il a ensuite permis d’obtenir des estimations quantitatives de contraintes résiduelles sur les éprouvettes testées dans ce travail. L’alliage Ti5553 a la particularité de présenter une très haute limite élastique pour une tenacité plus faible. Les pièces actuelles sont dimensionnées par leur résistance à l’amorçage sans défaut de surface. Pour exploiter au mieux les performances de cet alliage, il faut affiner la connaissance du processus d’amorçage en présence de défauts. Plusieurs types d’analyses et essais ont été réalisés (comportement élasto-plastique, étude de l’amorçage et de la propagation de fissure). En particulier, des essais sont effectués sur des éprouvettes présentant des faces et des coins avec des rayures usinées ou des indentations. L’influence de ces défauts sur la durée de vie en fatigue est analysée en fonction de leur type, de leur taille et du grenaillageThe prediction of the fatigue life of sliders made by SAFRAN Landing Systems is the goal of this work. To manufacture big forged parts, high performance Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553) alloy is used.To ensure the in-service life, various mechanical treatments are carried out. Shot-peening at the end of the process is of prime importance in order to improve the mechanical performance. The knowledge of residual stresses resulting from this treatment is necessary to understand fatigue results for all part location. The two-phase microstructure of the alloy makes stress analyses difficult. A complete protocol to analyse stresses by X-ray diffraction has been developed and validated through in-situ test. The Ti5553 alloy exhibits high yield stress coupled with weaker toughness. Lifing of parts made of Ti5553 is currently carried out with no specific account of surface defects. To improve the knowledge of initiation processes in this alloy in the presence of defects, various tests have been carried out (elasto-plastic behavior, crack initiation and propagation studies). Tests are carried out on coupons with faces and edges with calibrated defects (i.e., machined scratches and indents). The influence of such defects on the fatigue lifetime are studied in terms of type, size and shot-peening level
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Vinson, Pierre. "Fusion sélective par laser de lits de poudre : Étude sur le recyclage de la poudre et détection de défauts au cours de la fabrication par imagerie thermique." Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0068.
Full textAbstract:
La fabrication directe et additive regroupe un ensemble de technologies de mise en forme des matériaux en rupture avec les procédés conventionnels. L'industrie aéronautique et aérospatiale s'intéresse fortement à ces nouveaux procédés, dont la fusion sélective par laser de lits de poudre métallique (SLM). Cette thèse présentera les enjeux de la fabrication additive ainsi que certains procédés. Une étude bibliographique a été menée sur deux alliages aéronautiques utilisés dans ces travaux : l'alliage de titane TA6V et le superalliage base nickel Nimonic 263. Les travaux présentés dans ce rapport comprennent l'étude de la poudre métallique brute d'atomisation (morphologie, granulométrie, composition chimique). D'autre part, l'étude de la recyclabilité de la poudre utilisée en SLM est présentée pour le TA6V, tant en ce qui concerne l'évolution de la poudre elle-même que celle des propriétés mécaniques des pièces qui en sont issues. Par ailleurs ce travail traite d'un modèle de consolidation du lit de poudre permettant également d'évaluer la productivité du procédé. Enfin, une étude paramétrique et thermique menée sur le Nimonic 263 en vue de l'établissement d'une solution de contrôle procédé est présentéeDirect and additive manufacturing regroups several new technologies that are very different from conventional manufacturing processes such as casting. Aeronautic and space industries are really interested in those new processes such as the selective laser melting of metallic powder beds know as the SLM process. This PhD thesis report will show the issues of additive manufacturing and will describe some processes. A bibliography study has been done on two aeronautical alloys used in this work: titanium alloy TA6V and nickel-based superalloy Nimonic 263. This work also presents powder characterization (granulometry, morphology chemical composition) for the gas atomized powder. Besides, study has been done on the recyclability of the TA6V powder for the SLM process, for the powder itself and the mechanical properties of parts built from recycled powder. Moreover, this works deals with a powder bed consolidation model to estimate the productivity of the process. Then, a parametric and thermal study has been done on the Nimonic 263. The coaxial system for thermal visualization is described such as the image processing algorithm used. Finally, this reports deals with the study of thermal signature of typical SLM defects
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Perez, Thomas. "Oxydation à haute température d’alliages modèles Ni-25Cr, Influence des éléments mineurs Mn et Si sur les mécanismes de croissance des oxydes protecteurs." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0234.
Full textAbstract:
Les alliages réfractaires à base de nickel et de chrome sont parmi les plus utilisés à haute température en atmosphère oxydante sur le domaine de température de 700 à 1100°C. Ils sont généralement capables de développer des couches à base de chromine dont la vitesse de croissance est suffisamment lente pour limiter cinétiquement la dégradation des pièces. L’addition d’éléments d’alliage peut modifier considérablement leur comportement en oxydation et/ou leurs propriétés mécaniques. Si des relations entre la composition, la microstructure et la cinétique d’oxydation sont aujourd’hui connues, l’évaluation du comportement en oxydation des nouvelles nuances industrielles demeure systématique car le rôle des différentes additions et leur synergie éventuelle sont mal compris. Aussi, cette thèse vise à affiner la compréhension des relations existant entre la composition chimique et la réactivité chimique des matériaux métalliques en milieu oxydant dans le but de contribuer au design d’alliages aux propriétés en oxydation optimisées. Pour cela, ce travail repose sur l’étude du comportement d’alliages modèles, simplifiés par rapport à ceux proposés aujourd’hui par l’industrie. Ils sont traités en atmosphères oxydantes, puis caractérisés à l’aide des techniques actuellement disponibles (EBSD, SEM-FIB, MET-HR) de façon à évaluer les mécanismes d’oxydation et le rôle des éléments manganèse et silicium présents dans ces alliages en quantités mineures (~ 1% massique). Les premiers stades de l’oxydation des alliages modèles au manganèse ont été suivi in-situ en MEB environnemental (Collaboration ICSN de Marcoule) et ont permis d’observer que le spinelle Mn1+xCr2-xO4 est l’oxyde se formant le plus tôt à 1050°C quelle que soit la teneur en Mn dans l’alliage. Ces ajouts à un alliage de référence Ni-25Cr (% massique) conduisent d’une part à une augmentation de la vitesse d’oxydation et d’autre part à une diminution de la vitesse de volatilisation de l’oxyde de chrome suite à la formation d’une couche continue de spinelle à l’interface oxyde/gaz. A l’opposé, l’ajout de silicium diminue d’un facteur cinq la constante parabolique d’oxydation, suite à la formation de silice aux joints de grains de la couche de chromine. L’ajout à la fois de manganèse et de silicium conduit à des vitesses d’oxydation, en condition isotherme, similaires à celle de l’alliage de référence. Par contre, la durée de vie de tels alliages est considérablement augmentée en condition cyclique d’utilisation. La connaissance du sens de croissance des couches d’oxyde et de leur type de semi-conductivité, par le biais de mesures photo-électrochimiques réalisées en collaboration avec le laboratoire SIMaP de Grenoble, a permis d’identifier les défauts ponctuels majoritaires au sein des couches d’oxyde étudiées. Les mécanismes diffusionnels à l’œuvre lors de la croissance des oxydes ont ainsi pu être caractérisésNickel-based refractory alloys are mainly used in oxidizing atmosphere at high temperature. These alloys are generally capable to form chromia oxide scales at temperature between 700 and 1100°C. A few relationships between composition, microstructure and kinetic are known, but the systematic study of the oxidation behaviour of new industrial alloys is required because the impact of minor elements and their possible synergy are not fully understood. Thus, this PhD thesis aims to refine the understanding of the relationship between the chemical composition and the chemical reactivity of metallic materials in an oxidizing atmosphere in order to contribute to the design of alloys with optimized oxidation properties. To reach this purpose, the oxidation behaviour of model alloys, simplified compared to those proposed today by industry, was studied. The techniques available nowadays (EBSD, SEM-FIB, MET-HR) were used in order to determine the oxidation mechanism and the effect of manganese and silicon additions on these mechanisms. The characterization of the first oxidation step was performed in-situ in an environmental SEM (Collaboration with the ICSN in Marcoule) and allowed the observation of the former oxide, the Mn1+xCr2-xO4 spinel regardless the alloy Mn content. Manganese addition led to an increase of the oxidation rate in comparison to the one of a Ni25Cr (% wt.) and to a decrease of the chromia oxidation rate thanks to the presence of the spinel Mn1+xCr2-xO4 at the oxide/gaz interface. In opposite, the silicon addition decreased the parabolic constant by a factor 5. This dramatic effect was attributed to the presence of silica at chromia grain boundaries which decreased the chromium diffusion rate across the oxide scale. The addition of both manganese and silicon led to the same oxidation rate than the reference alloy in isothermal condition whereas, the lifetime in cyclic oxidation was considerably increased. The knowledge of the growth direction coupled to that of the semiconductivity type, determined by photoelectrochemical measurements at SiMaP laboratory in Grenoble, allowed the identification of the major point defects in formed oxide scales. Based on the collected results, the involved solid state diffusion mechanisms responsible of the oxide layer growth were proposed
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Rotella, Antonio. "Fatigue d'un alliage d'aluminium moulé A357-T6 : rôle de la morphologie, de la position des défauts et application à une structure pour le calcul de la durée de vie en fatigue." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0019/document.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse concernent la caractérisation en fatigue à grand nombre de cycles de l’alliage d’aluminium moulé A357-T6 (AS7G06-T6) en présence de défauts de type retassure. Six coulées ont été produites pour étudier deux familles de défauts : les retassures de type cavité et les retassures de type spongieuse avec un grade de nocivité qui varie entre 2 et 4 (selon la norme ASTM E 2422). La limite de fatigue en traction positive (R = 0.1) a été estimée en fonction de chaque type de défaut pour N = 2∙106 cycles. Des essais ont été également menés sur des éprouvettes dégradées en surface avec un défaut artificiel. Le défaut artificiel est caractérisé par une variation très localisée de la morphologie (usinage au FIB et par EDM) représentative de la microporosité interdendritique. La morphologie locale et globale des défauts naturels est étudiée grâce à des simulations numériques aux éléments finis. Les calculs numériques sont conduits sur la géométrie réelle d’un pore reconstruite à partir d’un scan en μ-CT. Deux géométries équivalentes ont été proposées pour approximer la morphologie d’un défaut naturel : une sphère et un ellipsoïde équivalent d’inertie.L’effet de la position du défaut sur l’évolution des champs mécaniques a été également étudié en conduisant des simulations numériques aux éléments finis sur la géométrie réelle du pore. Deux approches ont été proposés pour simuler un diagramme de type Kitagawa-Takahashi: (i) la Mécanique de la Rupture en Élasticité Linéaire (LEFM) (ii) un critère de fatigue detype Defect Stress Gradient (DSG), les deux modèles ont été testés dans le cas d’un amorçage sur un défaut de surface et interne.Une campagne d’essais de fatigue (R = 0.1) a été conduite à l’échelle d’un composant industriel. Une pièce réalisée par fonderie en A357-T6 a été testée dans une configuration saine et dégradée avec des défauts artificiels de surface. Un critère de type DSG, qui prend en compte l’effet du gradient de contrainte à l’échelle macroscopique de la structure, a été proposé.Le modèle a été validé par un calcul aux éléments finis du composant en utilisant une routine de post traitement des données, qui affiche en sortie la cartographie de la taille admissible du défaut de surface en chaque point du modèle simuléThe purpose of this work is to characterize the high cycle fatigue strength of the A357-T6 (AS7G06-T6) cast aluminum alloy affected by natural casting defects (shrinkages). Six different castings have been manufactured in order to study two shrinkage types: the cavity shrinkages and the sponge shrinkages with a defect grade ranging from 2 to 4 (as defined by the ASTM E2422 standard). High cycle fatigue tests have been carried out in order to estimate the fatigue limit under positive tensile loading (R = 0.1) for each defect type at N = 2∙106 cycles. The effect of the local defect morphology has been investigated performing several fatigue tests on specimens with artificial surface defects characterized by a local morphology modification (FIB and EDM machining). The artificial defect size and morphology is representative of the natural interdendritic porosity. The local and global defect morphology of the natural defects have been studied by means of finite element simulations conducted on the real shrinkage morphology reconstructed from a μ-CT scan. Two equivalent geometries have been proposed to simplify the natural defect morphology: a sphere and an inertia - equivalent ellipsoid.The effect of the defect position on the mechanical filed evolution has also been studied by means of finite element simulations performed on the real defect geometry. The analysis of the Kitagawa-Takahashi diagram has been performedby using two different approaches for both internal and surface defects: (i) the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM)(ii) the Defect Stress Gradient (DSG) fatigue criterion. An experimental campaign has been performed at a component scale. A casted A357-T6structural component has been tested with two different configurations: as received and degraded with artificial surface defects. A DSG fatigue criterion,taking into account the effect of the stress gradient at the macroscopic scale of the component, has been proposed. The model has been validated by means of finite element simulations using a data post-processing sub-routine that gives as output the critical defect size map at each point of the simulated model
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Bosc, Fabien. "Centre DX et mobilité électronique dans les superréseaux GaAs/AlAs-application capteur de pression." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20169.
Full textAbstract:
L'objet de ce travail est de montrer l'interet que peuvent presenter les superreseaux gaas/alas pour la realisation d'un capteur de pression hydrostatique fonctionnant entre la temperature ambiante et 200c, dans la gamme de pression comprise entre 0 et 2kbar. Ce travail fait suite a une etude realisee sur l'alliage gaalas dans laquelle avait ete demontree la grande sensibilite de ce materiau a la pression pour une concentration en aluminium comprise entre 25% et 40%. Pour reduire la sensibilite a la temperature du dispositif initialement propose, l'idee avancee au laboratoire, a ete d'utiliser un pseudo-alliage gaas/alas dont les proprietes electroniques pouvaient etre mieux controlees, tant du point de vue de la structure de bande que du mode de dopage. Pour cela, nous avons dans un premier temps, etabli les modeles permettant d'optimiser les structures adaptees aux objectifs recherches, sans oublier de tenir compte des limites technologiques imposees par les fabricants. Une fois les structures realisees, nous nous sommes interesses a la comprehension des effets du dopage sur les proprietes electroniques du superreseau (resistivite, mobilite, concentration de porteurs). Nous avons alors utilise une methode experimentale couplant les techniques du transport a celles des hautes pressions. L'equipement utilise nous permet d'etudier, sur une large gamme de temperature (77k-450k), les proprietes electriques d'un meme echantillon dont on modifie la structure de bande par application de la pression. Les resultats ont ensuite ete confrontes au modele que nous avons etabli, dans lequel etati pris en compte le caractere particulier du centre dx qui controle la conduction. Une bonne comprehension des proprietes electriques du centre dx necessite une bonne connaissance des mecanismes de diffusion et de correlations des charges (2 etats de charges d#+ et dx#- du centre dx) qui controlent la valeur de la mobilite de hall. La aussi, il existe une difference notable entre l'alliage (gaal)as et le superreseau gaas-alas. Sur la base des resultats obtenus, nous avons pu montrer la validite de l'idee avancee selon laquelle les superreseaux etaient plus adaptes que l'alliage pour realiser des capteurs performants.
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Marchetti-Sillans, Loïc. "Corrosion généralisée des alliages à base nickel en milieu aqueux à haute température : Apport à la compréhension des mécanismes." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00991918.
Full textAbstract:
Les alliages à base nickel, et plus précisément les alliages 600 et 690, sont, en France, les matériaux constitutifs des tubes de générateurs de vapeur (GV) des réacteurs à eau pressurisée (REP). La corrosion généralisée résultant de l'interaction entre ces alliages et le milieu primaire des REP conduit, d'une part, à la formation d'une fine couche passive (environ 10 nm) de produits de corrosion, mais également à la dissolution de cations dans le circuit primaire, ces derniers constituant la principale source de contamination de ce circuit. L'objectif de ces travaux est d'apporter de nouveaux éléments de compréhension des phénomènes de corrosion des alliages à base nickel en milieu de type primaire, en s'attachant à décrire l'influence de paramètres métallurgiques ou physico-chimiques, sur la nature et les mécanismes de croissance de la couche d'oxyde protectrice. Dans ce contexte, le film passif formé lors de l'exposition des alliages 600, 690 et Ni-30Cr, dans des conditions simulant le milieu primaire des REP, a été analysé par plusieurs techniques de caractérisation (MEB, MET, PEC et MPEC, XPS). Le couplage de ces méthodes a permis d'obtenir une description fine, en termes de nature et de structure, de l'oxyde multicouche se formant à la surface des alliages à base nickel en milieu de type primaire. Ainsi, la part protectrice de cette couche d'oxyde est constituée d'une couche continue de chromite mixte de nickel et de fer et de nodules de Cr2O3 dispersés à l'interface entre le chromite mixte et l'alliage. L'étude des mécanismes de croissance de la couche protectrice notamment à partir d'expériences mettant en œuvre des marqueurs et des traceurs, a permis de conclure à une croissance de la couche de chromite mixte résultant d'une diffusion anionique, via des courts-circuits de diffusion de type joints de grains. De plus, l'impact du taux de défauts en surface de l'alliage a également été étudié, mettant en évidence un effet double de ce paramètre, qui influence à la fois la densité de courts-circuits de diffusion au sein de l'oxyde mais également la vitesse de formation des nodules de Cr2O3. L'ensemble de ces résultats permet de proposer un mécanisme de corrosion des alliages à base nickel en milieu de type primaire et d'aborder quelques aspects cinétiques susceptibles de constituer des éléments de réflexion en vue du développement d'une modélisation complète de ce phénomène de corrosion.
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Tupin, Marc. "Approfondissement des mécanismes d'oxydation de deux alliages de zirconium : Zircaloy-4 et ZrNbO, sous oxygène et sous vapeur d'eau. Comparaison des régimes cinétiquement limitants." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00996817.
Full textAbstract:
La corrosion des gaines dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée représente le facteur limitant la durée de vie des crayons dans cet environnement. L'alliage communément utilisé pour ces tubes de gainage est le zircaloy-4. Ce dernier sera remplacé à moyen terme par un alliage, dont l'élément principal d'addition est le niobium, noté ZrNbO. Dans ce cadre, les objectifs de ce travail sont de confirmer ou d'infirmer les hypothèses proposées dans la littérature et de proposer, le cas échéant, de nouvelles interprétations sur les régimes cinétiquement limitants.Au cours de ce travail, quatre systèmes réactionnels ont été étudiés : l'oxydation de ces deux alliages sous oxygène et sous vapeur d'eau. L'oxydation a été suivie par thermogravimétrie, dans un domaine de température compris entre 490 et 550°C et pour des pressions partielles inférieures à la pression atmosphérique, que ce soit sous oxygène ou sous vapeur d'eau. En parallèle, une caractérisation morphologique des couches a été réalisée par MEB. Enfin, d'autres techniques ont été mises en œuvre pour décrire la composition chimique de la couche ou du métal (SDL, XPS, ). L'analyse de nos résultats sur Zircaloy-4 nous conduit à valider l'interprétation classique du régime pré-transitoire par une étape limitante de diffusion des lacunes d'oxygène dans la couche d'oxyde. En revanche, les résultats obtenus avec ZrNbO en pré-transition ont été interprétés, quelle que soit l'atmosphère, par un cas pur de diffusion d'ions adsorbés dans la couche poreuse. Enfin, le régime cinétique post-transitoire est toujours différent de celui observé en pré-transition.
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Kolhatkar, Gitanjali. "Épitaxie par faisceaux chimiques d'alliages nitrures dilués à base d'aluminium pour des applications photovoltaïques." Thèse, Université de Sherbrooke, 2014. http://hdl.handle.net/11143/5932.
Full textAbstract:
Cette thèse évalue le potentiel des alliages AlGaNAs en tant que couche active pour la quatrième jonction à ~1 eV de cellules photovoltaïques multi-jonctions III-V. L’introduction d’une faible quantité d’aluminium (Al, <15%) augmente de façon significative l’efficacité d’incorporation de l’azote (N), tout en distribuant de façon plus homogène les atomes de N dans la couche, réduisant aussi la densité d’agrégats. Une optimisation de la température de croissance démontre que la région optimale se situe entre 400°C et 440°C. Dans cette gamme, la concentration de N est maximisée tandis que la qualité cristalline de la couche épitaxiée est optimisée tout en préservant un mode de croissance 2D et une faible rugosité de ~1 nm. La bande interdite des alliages d’AlGaNAs est mesurée par transmission optique. Ces mesures révèlent que l’AlGaNAs suit le modèle théorique du modèle de croisement de bandes, ou band anticrossing et que son bandgap diminue quand la concentration de N augmente. La bande interdite est réduite jusqu’à ~1.22 eV pour des concentrations respectives d’Al et de N de ~15% et ~3.4%. Les défauts présents dans le GaNAs avec ~0.4% de N sont étudiés, révélant trois défauts peu profonds à 116, 18 et 16 meV, attribués à des contaminations en H et en C, et deux pièges profonds à 0.21 eV et 0.35 eV, attribués à des complexes N-H et à des antisites AsGa respectivement. Les mesures électriques de l’AlGaNAs démontrent que le recuit améliore la mobilité des trous et des valeurs de ~60 cm2/Vs avec ~5% d’Al et ~0.5% de N et ~6 cm2/Vs avec ~10% d’Al et ~2% de N sont obtenues. Les mesures optiques de photoluminescence obtenues sur des couches d’AlGaNAs crues sur un substrat de GaAs semi-isolent de 65 µm d’épaisseur révèlent un pic à ~920 nm attribué a un défaut radiatif qui ne semble pas être affecté par un changement dans la concentration d’Al ou de N, ni même par un recuit. Des mesures SIMS révèlent la présence de contaminants C, H et O dans les couches, qui dégradent les performances optoélectroniques des alliages AlGaNAs. Cette thèse démontre le bon potentiel de l’AlGaNAs pour les cellules photovoltaïques. Il est toutefois important de réduire la concentration de contaminants dans la couche pour obtenir un matériau adéquat.
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Nguy, Tiwa. "Effets des solutés Si, Ge, Sb sur la germination des cavités et la migration des lacunes dans le nickel irradié aux électrons." Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112427.
Full textAbstract:
L'observation de l'endommagement crée in situ dans un microscope électronique à haute tension montre une forte variation du taux de germination des cavités et de la densité de dislocations quand on passe du nickel aux alliages nio, 1%si et nio. 8%sb. Le taux de germination des cavités diminue d'un facteur 10 dans nisi et augmente d'un facteur >5 dans nisb à 350c. Par contre, l'alliage nige a un comportement voisin de celui du nickel. Des expériences d'annihilation de positons effectues sur les mêmes alliages mettent en évidence un piégeage des lacunes par les solutés si, ge et sb. L'interaction soluté(s)-lacune conduit à une migration effective des lacunes à longue distance a température beaucoup plus élevée dans les alliages nige et nisb que le nickel. Un modelé simple de germination homogène en régime stationnaire prenant en compte une densité de dislocations variables est utilisé pour calculer le taux de germination des cavités. Le calcul montre que le taux de germination augmente fortement quand l'énergie de formation des lacunes ou l'énergie de migration des lacunes augmentent et quand l'énergie de migration des interstitiels diminue. Les variations sur le taux de germination des cavités expérimentalement observées en présence des solutés peuvent en partie être expliquées par les effets des solutés sur la cinétique de migration des interstitiels et des lacunes
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Ezanno, Anthony. "Caractérisation rapide des propriétés à la fatigue à grand nombre de cycles des matériaux de fonderie à partir d'essais d’auto-échauffement : application aux alliages d'hélices marines." Brest, 2011. http://www.theses.fr/2011BRES2028.
Full textAbstract:
Les hélices marines sont soumises en service à des chargements cycliques susceptibles de provoquer la rupture de pales par fatigue. Obtenues par fonderie, les hélices, généralement en alliage cupro-aluminium, contiennent des défauts hérités du procédé de fabrication, à l’origine des mécanismes qui mènent à la rupture. Les objectifs de ces travaux de thèse sont d’une part, de mettre en place une chaîne numérique d’aide au dimensionnement à la fatigue dédiée aux structures obtenues par fonderie et d’autre part, de valider cette chaîne à l’échelle de la structure. Un modèle de comportement à la fatigue à grand nombre de cycles ad hoc est proposé. Il repose sur l’hypothèse que la ruine par fatigue est pilotée par l’activation de mécanismes de microplasticité qui ont lieu autour des défauts de fonderie et qui induisent une dissipation énergétique. On adopte une approche à deux échelles probabiliste en considérant un ensemble de sites élastoplastiques, de seuil d’activation variable et répartis aléatoirement dans une matrice élastique. On propose l’utilisation des essais d’auto-échauffement sous chargements cycliques pour identifier le comportement mécanique d’un site ainsi que la variabilité de la population de sites. Les défauts sont ainsi pris en compte de manière indirecte, i. E. Sans description géométrique, à travers la signature thermique du matériau sous sollicitations cycliques. Les prévisions de ce modèle sont comparées aux résultats d’une campagne d’essais de fatigue sur des hélices à échelle 1. Ces essais sur structure ont nécessité la conception et la mise en oeuvre d’un montage spécifiqueMarine propellers are subjected to cyclic loadings which can lead to fatigue failure of the blades. Large ship propellers are typically obtained by a sand casting process, and are generally made of aluminium bronze. As per all cast components, propellers content casting flaws such as micro-shrinkage pores which act as fatigue crack initiation sites. The objectives of this thesis are to firstly develop a numerical tool that aids the fatigue conception of cast components and to validate it using full-scale tests. A High Cycle Fatigue model is proposed. In this model, it is assumed that fatigue failure is due to microplasticity which occurs around casting defects and results in the dissipation of energy. A two-scale probabilistic approach is adopted. A set of elasto-plastic sites with variable activation threshold and a random distribution in the material is considered. Self-heating tests under cyclic loadings are used to identify the mechanical behavior of a site and the variability of the population of sites. Castings defects are taken into account indirectly, without considering a precise geometrical description, thanks to the thermal response of the material under cyclic loadings. The predictions from the model are compared to experimental results from full-scale fatigue tests on propellers. These tests required the design of a specific experimental set-up
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Domfang, Ngnekou Julius-Noël. "Étude expérimentale de la tenue en fatigue de l’alliage AlSi10Mg élaboré par fusion laser de lit de poudre Influence of as-built surface and heat treatment on the fatigue resistance of Additively Layer Manufacturing (ALM) AlSi10Mg alloy Fatigue resistance of selectively laser melted aluminum alloy under T6 heat treatment Fatigue properties of AlSi10Mg produced by Additive Layer Manufacturing." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2019. http://www.theses.fr/2019ESMA0015.
Full textAbstract:
Ce travail montre l'impact des défauts et de la microstructure sur la limite de fatigue de l’AlSi10Mg de fabrication additive (FA). Les échantillons d’étude sont fabriqués suivant trois orientations (0 °, 45 ° et 90 °) ; les surfaces d’étude sont usinées ou brutes de fabrication. Les éprouvettes sont étudiées avec ou sans traitement thermique T6. Avant toute chose, le matériau est d’abord caractérisé en lien avec les paramètres du procédé à l’aide de plusieurs moyens (microscopie, microtomographie). Du point de la fatigue, les courbes S-N sont établies avant et après T6, principalement à R = -1 en sollicitation uniaxiale. Pour toutes les éprouvettes d’étude, l’analyse des faciès montre que ce sont toujours les défauts qui sont à l’origine de la rupture par fatigue. Ainsi, un critère est appliqué pour définir ces défauts critiques (type, taille morphologie et position) et la limite de fatigue est systématiquement analysée via les diagrammes de Kitagawa. Le rôle de la direction de construction sur la tenue en fatigue est étudié, avant et après traitement thermique T6, tant pour les surfaces usinées que brutes de fabrication. À cet effet, un scénario basé sur la taille caractéristique des grains est proposé pour expliquer les effets d’orientation post-T6. La contribution de la structure de précipitation est également étudiée ; ainsi que le rôle des défauts (type, taille, morphologie et position) sur la limite de fatigue à différents états microstructuraux : avant et après T6. Afin de comprendre les mécanismes d’endommagement par fatigue en surface, la méthode des répliques est déployée sur une éprouvette polie. Dans ce cadre, une loi de propagation des fissures naturelles, c'est-à-dire qu'elles sont dues à un défaut hérité du procédé, est identifiée. Elle permet de séparer les phases d’amorçage et de propagation, alimentant ainsi les discussions sur les phénomènes d’amorçage en présence de défauts. Par ailleurs, quelques critères de fatigue sont également discutés et l’approche Defect Stress Gradient (DSG) est adaptée au matériau d’étude en tenant compte de la taille des grains cristallographiques. Pour les sections utiles brutes de fabrication, le rôle du mode de suppression des supports fabrication sur l’amorçage des fissures de fatigue est étudié ; la définition de la notion de taille de défauts en présence de la rugosité, à l’échelle de l’ondulation de surface, est abordée. Sachant que l’amorçage peut avoir lieu sur une ondulation de surface ou sur un défaut isolé (porosité ou défaut de fusion), une méthode expérimentale est proposée pour analyser la compétition entre ces facteurs. Dans un contexte de développement industriel, l’influence sur la limite de fatigue des paramètres de procédé relatifs au laser (vitesse de balayage, puissance et distance de hachure), au lit de poudre (composition chimique, taille des particules, épaisseur du lit) est étudiée, en vue d’alimenter les discussions vers l’optimisation du procédé du point de vue de la tenue en fatigueThis work shows the impact of defects and microstructure on the fatigue limit of AlSi10Mg produced by Additive Layer Manufacturing (ALM). Samples are produced according to three orientations with respect to the construction plate (0 °, 45 ° and 90 °); the studied surfaces are machined or left as-built (AB) in the gauge section. The specimens are studied with or without T6 heat treatment. The study surfaces are machined or as built. Some specimens are subjected to T6 heat treatment. Before any others study, the material is characterized in connection with the process parameters through several techniques (microscopes and 3D X-ray microtomography). Regarding the fatigue, the S-N curves are established before and after T6, mainly at R = -1 under uniaxial loading. For all the fatigue test specimens, fracture surfaces analysis shows that it is always a defect that cause fatigue failure. Thus, a criterion is applied to define these critical defects (type, size morphology and position) and the fatigue limit is analyzed through the Kitagawa type diagrams. The role of the building direction on the fatigue strength is studied, before and after T6 heat treatment, for both machined and as-built surfaces. For this purpose, a sketch based on the characteristic grain size is proposed to explain post-T6 orientation effects. The contribution of the precipitation structure is also studied; as well as the role of defects (type, size, morphology and position) on the fatigue limit at different microstructural states: before and after T6. In order to understand the surface fatigue damage mechanisms, the replica method is used on a polished specimen. In this context, a propagation law of natural cracks, that is to say due to a defect inherited from the process, is identified. It makes it possible to separate the initiation and propagation phases, thus feeding the discussions on the phenomena of priming in the presence of defects. In addition, some fatigue criteria are also discussed and the Defect Stress Gradient (DSG) approach is adapted to the studied material, by taking into account the size of the crystallographic grains. In the specific case of specimens with as-built useful sections, the role of the process of suppression of the building supports on the initiation of fatigue cracks is studied; the definition of the concept of defect size in the presence of roughness, at the scale of the surface undulation, is discussed. Knowing that initiation can occurs on a surface undulation or on an isolated defect (porosity or lack-of-fusion), an experimental method is proposed to analyze the competition between these factors. In a context of industrial development, the influence on the fatigue limit of the process parameters, related to the laser (scanning speed, power and hatching distance), or powder bed (chemical composition, particle size, bed thickness) is studied, in order to feed the discussions towards the process optimization regarding the fatigue strength
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Vincent, Edwige. "Simulations numériques à l'échelle atomique de l'évolution microstructurale sous irradiation d'alliages ferritiques." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2006/50376-2006-Vincent.pdf.
Full textAbstract:
Dans ce travail, nous avons développé un modèle de diffusion des défauts ponctuels (lacunes et interstitiels) permettant de simuler par Monte Carlo cinétique (MCC) la formation d'amas riches en solutés observés expérimentalement dans des alliages modèles de type FeCuNiMnSi irradiés ainsi que dans l'acier de cuve. Des calculs de structure électronique nous ont permis de caractériser les interactions existant entre les défauts ponctuels et les différents atomes de solutés. Chacun des solutés établit des liaisons attractives avec la lacune. Le Mn, quant à lui, élément ayant le moins d'affinité avec la lacune, établit des liaisons plus favorables avec l'interstitiel. Les énergies de liaison, de migration ainsi que d'autres propriétés à l'échelle atomique, déterminées par calculs ab initio, nous ont conduits à un jeu de paramètres pour le code de MCC. Dans un premier temps, ces paramètres ont été optimisés sur des expériences de recuit thermique réalisées sur l'alliage binaire FeCu et sur des alliages complexes, décrites dans la littérature. Les simulations de recuit thermique montrent qu'en présence de lacunes, tous les solutés migrent et forment des amas, en respectant les tendances observées expérimentalement. Pour simuler l'évolution de la microstructure sous irradiation, nous avons, dans un second temps, introduit les interstitiels dans le code de MCC. Leur présence rend plus efficace le transport du Mn. Les premières simulations d'irradiation par des électrons et des neutrons montrent que le modèle reproduit dans l'ensemble des résultats qualitativement en accord avec les tendances observées expérimentalement.
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Liu, Meishuai. "Study on microstructural and crystallogarphic characteristics of phase transformation induced by ECP in annealed Cu-40%Zn alloy." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0210.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur les caractéristiques microstructurales et cristallographiques des alliages Cu-40%Zn traités par Electric Current Pulse (ECP). La relation d'orientation (RO) de transformation de phase et sa corrélation avec les défauts cristallins ont été étudiés. Les mécanismes de formation des défauts cristallins dans la phase mère et des sous-structures dans les précipités β induit par L'ECP ont également été étudiés. La transformation de la phase α en β peut être induite par un traitement ECP avec formation de précipités fins β pouvant persister à température ambiante. Avec l'augmentation de la densité de courant électrique, la quantité de précipités et les sites de formation augmentent des joints de grains α à l'intérieur des grains. Les précipités β suivent différentes RO en fonction du site de formation. Les joints de grains β sont en RO Kurdjumov-Sachs (KS); tandis que les β intragranulaires sont en Nishiyama-Wasserman (NW). Dans les premiers sites, on observe des dislocations {111}α/<11̅0>α, alors que dans les seconds, les fautes d’empilements {111}α/<112̅>α sont présentes. Les analyses de déformation de transformation ont révélé que, en RO KS, la déformation maximale du réseau requise est un cisaillement sur le système {111}α/<112̅>α, tandis qu'en NW, la déformation maximale correspond à un cisaillement sur le système {111}α/<112̅>α. Ainsi, les dislocations {111}α/<11̅0>α existants le long des joints de grains α fournissent la précontrainte requise par la transformation KS, alors que les fautes d'empilement {111}α/<112̅>α entourées par les dislocations partielles {111}α/<112̅>α offrent une précontrainte facilitant la transformation NW. Différents types de défauts cristallins sont formés dans la matrice α par les traitements ECP en fonction de la densité de courant. À faible densité, une grande quantité de fautes d'empilement {111}α/<112̅>α, puis des nano-mâcles sont produites dans la matrice α. A haute densité, des réseaux de dislocations sont formés à proximité des précipités β composés de dislocations coins parfaites {111}α/<11̅0>α et des dislocations de Frank. La différence de volume entre le phases α et β analysée avec la déformation de transformation révèle que cette dernière nécessite une dilatation dans la direction [11̅0]α et une contraction dans la direction [111]α. La première entraîne l’apparition de dislocations coins {111}α/<11̅0>α devant les larges faces {31̅1}α et la dernière induit la formation des dislocations de Frank devant les larges faces {121}α. Ainsi, des réseaux de dislocations se forment le long des bords des grandes faces des précipités β où les deux types de dislocations se rencontrent. De plus, les précipités β contiennent deux types d’agrégats atomiques de taille nanométrique de structure n en RO Burgers et de structure ω en RO Blackburn avec la matrice β. Ils ont été formés par un déplacement atomique en deux étapes. Pour la structure n, la première étape est le brassage atomique de chaque second plan {110}β dans la direction <11̅0>β et la seconde consiste en un changement de structure principalement par un cisaillement selon {11̅2}β /<1̅11>β. Pour la structure ω, le premier est un mélange atomique sur chaque deuxième et troisième plan {112̅}β dans les directions ±[111]β, puis des déformations normales dans trois directions perpendiculaires (<111>β, <112̅>β et <11̅0>β). L’apparence concomitante des deux structures réside dans le fait que l’augmentation de volume accompagnant la formation de n peut être annulée par la diminution de volume accompagnant la distorsion ω, ce qui minimise l’énergie de déformation de transformation. Ce travail fournit des informations fondamentales sur les alliages Cu-40%Zn pour interpréter l’impact des défauts sur les relations d'orientation de transformations en phase solide, sur la formation de divers types de défauts induits par la transformation de phase ultra-rapide ainsi que sur les mécanismes de formation des sous-structures des phases produitesA thorough investigation has been conducted on the microstructural and crystallographic features of Electric Current Pulse (ECP) treated Cu-40%Zn alloys. The phase transformation orientation relationship (OR) and its correlation with crystal defects have been studied and the formation mechanisms of ECP induced crystal defects in the parent phase and the sub-structures in the β precipitates were also analyzed. The α to β heating phase transformation can be induced by ECP treatment with the formation of fine β precipitates that can be remained to the room temperature. With the increase of the electric current density, the amount of precipitates is increased and the formation sites increase from α grain boundaries to grain interiors. The β precipitates follow different ORs depending on the formation site. The grain boundary β phase obeys the Kurdjumov-Sachs (K-S) OR; whereas the intragranular β respects the Nishiyama-Wasserman (N-W) OR. In the former sites, the {111}α /<11̅0>α dislocations are observed, whereas in the latter, the {111}α/<112̅>α stacking faults are found. Transformation strain analyses revealed that under the K-S OR the maximum lattice deformation required is a shear on the {111}α /<11̅0>α slip system, whereas under the N-W OR the maximum deformation is a shear on the {111}α /<112̅>α system. Thus the existing {111}α /<11̅0>α dislocations along the α grain boundaries provide pre-strain required by the transformation via the K-S path, whereas the {111}α /<112̅>α stacking faultsboarded by {111}α /<112̅>α partial dislocations offer pre-strain facilitating the transformation via the N-W path. Different types of crystal defects are formed in the α matrix by the ECP treatments depending on the current density. At low density, large amount of {111}α /<112̅>α stacking faults and then nano twins are produced in the α matrix. At high density, dislocation nets are formed near the β precipitates that are composed of edge typed {111}α /< 11̅0 >α perfect dislocations and the Frank typed dislocations. The volume misfit between the α and the β phase analyzed with transformation deformation reveals that the transformation from α to β requires an expansion along [11̅0]α direction and a contraction along [111]α direction. The former results in the appearance of the {111}α /<11̅0>α edge typed dislocation arrays in front of the {31̅1}α broad faces and the latter induces the formation of the Frank typed dislocations in front of the {121}α broad faces. Thus, dislocation nets formed along the edges of the broad faces of the β precipitates where the two kinds of dislocations meet. Furthermore, the β precipitates contain two kinds of nano-sized and diffuse atomic clusters with the structure obeying the Burgers OR and with the ω structure obeying the Blackburn OR with the β matrix. They were each formed through a two-stepped atomic displacement. For the structure, the first step is the atomic shuffle of each second {110}β plane in the <11̅0>βdirection and the second is a structure change mainly by a shear on the {11̅2}β /<1̅11>β. For the ω structure, the first is an atomic shuffle on each second and third {112̅}β plane in the ±[111]β directions and then normal strains in three mutually perpendicular directions (<111>β, <112̅>β and <11̅0>β). The concomitant appearance of the two structures lies in the fact that the volume increase accompanying the formation can be canceled by the volume decrease accompanying the ω distortion, which minimizing the transformation strain energy. The results of this work provide fundamental information on the Cu-40%Zn alloys for interpreting the impact of the crystal defects on the solid phase transformation ORs, on the formation of various types of crystal defects induced by the ultra-rapid phase transformation and on the formation mechanisms of sub structures in the product phase
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Kwon, Jaeyoung. "Origine et nature des composés intermétalliques métastables engendrés par les procédés thermomécaniques d'assemblage entre métaux : cas du broyage du système Al-Cu." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10139.
Full textAbstract:
Le composé γ1−Al4Cu9 est souvent observé dans le système Al-Cu, comme produit principal de divers processus hors d’équilibre, en particulier la mécanosynthèse (MS). Sa formation est très surprenante à partir de mélanges riches en Al, en raison de l’existence, dans ce domaine de composition, de nombreux autres composés intermétalliques concurrents potentiels de γ1. Pour préciser les conditions d'apparition de γ1 et élucider les raisons de sa persistance, des mélanges de Al−25 at.% Cu sont broyés et la formation des phases ordonnées Al-Cu durant la MS est étudiée en détail pour différentes durées de processus. Cette étude expérimentale confirme la formation préférentielle de γ1. Afin d'élucider cette surprenante constatation, des calculs ab initio par la méthode de la fonctionnelle de densité (DFT) sont effectués, prenant en considération les enthalpies de défauts ponctuels pour γ1−Al4Cu9. A l’aide de l’approximation des défauts ponctuels indépendants (ADPI) et de la thermodynamique statistique, les diverses concentrations en antisites, lacunes et interstitiels sont obtenues en fonction de la température et de la déviation de stœchiométrie, ainsi que l'énergie libre de γ1−Al4Cu9. Des calculs analogues sont également réalisés pour des composés Al-Cu concurrents, dont la confrontation avec γ1−Al4Cu9 révèle que le comportement de ce dernier hors stœchiométrie fournit une explication plausible pour sa stabilité anormale. Dans une seconde étape, la validité de l’ADPI et les interactions de défauts ponctuels sont étudiées par (i) des simulations Monte-Carlo avec des potentiels semi-empiriques pour Al−Cu, (ii) des simulations ab initio de défauts ponctuels complexes dans les composés hors stœchiométrie γ1 riches en Al. La dernière étape de nos investigations sur la formation de γ1−Al4Cu9 concerne la possibilité de mécanismes athermiques, étudiée à l'aide des calculs DFT et d'une approche originale M2BCE de développements en amas incluant un traitement dans l’espace réciproque. En conclusion, cette étude apporte des éléments significatifs pour interpréter l’apparition préférentielle de phases complexes comme γ1−Al4Cu9 dans divers environnements a priori défavorables. Elle met en évidence des résultats-clés concernant l'origine et la nature des phases métastables produites par MS dans le système Al-Cu. Diverses possibilités sont également suggérées pour des travaux futurs, en vue d’accroître davantage notre connaissance des facteurs gouvernant la stabilité des phases (méta)stablesThe γ1−Al4Cu9 compound is often observed at Al rich composition, as the main product by mechanical alloying (MA). To understand the conditions and the persistence of γ1−Al4Cu9 at Al rich composition, Al−25 at.% Cu mixtures were milled and investigated by various characterization methods. This experimental study confirms the preferential formation of γ1. In an effort to elucidate this surprising feature, first-principles DFT calculations were performed for bulk and point defect enthalpies in γ1−Al4Cu9. Based on the independent-point-defect-approximation (IPDA) and statistical thermodynamics, the concentrations of the various antisites, vacancies and interstitials were obtained as functions of temperature and deviation from stoichiometry, together with the free energy of γ1−Al4Cu9. These first-principles DFT calculations results revealed that the off−stoichiometry behavior of γ1−Al4Cu9 may provide a plausible explanation for its unusual stability. In a second step, the validity of IPDA and point defect interactions were investigated by (i) Monte-Carlo simulations with empirical potentials for Al−Cu, (ii) ab initio simulations of complex point defects in Al-rich off-stoichiometric γ1 compounds. The last step of this study on the formation of γ1−Al4Cu9 was concerned with the possibility of athermal mechanisms, investigated by first-principles DFT calculations and an original (M2BCE) cluster expansion approach including a reciprocal-space treatment. In conclusion, this study brings significant elements to interpret the preferential formation of complex γ1−Al4Cu9 phases in various a priori unfavourable environments. It evidences key-results regarding the origin and nature of metastable phases produced by MA in Al−Cu
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Pannier, Baptiste. "Towards the prediction of microstructure evolution under irradiation of model ferritic alloys with an hybrid AKMC-OKMC approach." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10061/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse consistait en premier lieu à accélérer un modèle de Monte Carlo Cinétique Atomique visant à simuler l’évolution de la microstructure d’alliages modèles du type FeCuMnNiSiP représentatifs de l’acier de cuve sous irradiation neutronique. Cette accélération était nécessaire pour atteindre des doses ainsi que des flux comparables à l’expérience en des temps raisonnables. Pour cela, une accélération algorithmique du code de calcul LAKIMOCA a d’abord été réalisée. Les diverses optimisations apportées ont permis d’accélérer le code d’un facteur 7. Cette accélération ne s’avérant pas suffisante, l’approche retenue a été le développement d’une approche hybride entre une approche Monte Carlo atomique et Monte Carlo d’objets. La paramétrisation du modèle objet a permis de mieux comprendre les macro évènements en jeux dans les simulations, mais s’est révélée être d’une grande difficulté lorsque la complexité chimique des objets devient trop importante. Néanmoins, l’approche hybride a apporté une accélération des temps de calcul d’environ deux ordres de grandeur permettant de simuler des doses correspondant à 40 ans d’irradiation en production. De ces résultats, différentes limitations du modèle ainsi que de sa paramétrisation ont été mises en évidence. La difficulté du modèle à reproduire des effets de flux a été comblée par l’ajout d’un absorbeur visant à réduire la force de puits des joints de grains ainsi que par l’ajout de pièges pour rendre compte de la présence d’impureté dans le fer pur. Les simulations à hautes doses dans les alliages du type FeCuMnNiSiP ont aussi mis en évidence des différences entre les microstructures simulées et celles observées expérimentalement. Ainsi, dans un second temps, un nouveau modèle de cohésion basée sur des interactions de paires dépendantes de la concentration locale a été développé et paramétré. Bien que le nouveau modèle de cohésion soit numériquement plus lourd, il a été possible d’atteindre la dose ciblée en le couplant à l’approche hybride. Les résultats obtenus sont en meilleur en accord avec les calculs DFT récents ainsi qu’avec les microstructures expérimentalesThis PhD thesis work consisted, in the first place, in accelerating an atomic kinetic Monte Carlo model aiming at simulating the microstructure evolution of the FeCuMnNiP model alloys, representative of the reactor pressure vessel steels, under irradiation. This acceleration was required to reach, in a reasonable amount of time, doses and flux conditions comparable to the experimental ones. To do so, an algorithmic optimization has first been performed. The different optimizations introduced lead to an acceleration of the code of a 7 factor. Since this acceleration was not sufficient, the retained approach was to develop an hybrid between an AKMC and an OKMC. The parameterization of the object model provided a better understanding of the macro events involved in the simulations. It turns out that parameterize the model became too complex when increasing the chemical complexity of the objects. However, the hybrid approach brings an acceleration of two orders of magnitude allowing reaching doses corresponding to 40 years of irradiation in service condition. From these results, different limitations of the model as well as the parameterization were highlighted. The difficulty of the model to reproduce flux effect has been solved by adding an absorber that reduced the grain boundary sink strength. Traps have also been introduced to simulate the presence of impurities in pure iron. The high doses simulations in FeCuMnNiSiP model alloys also highlighted differences between the microstructures simulated and those observed experimentally. Thus, in a second time, a new cohesive model based on concentration dependent pair interactions has been developed and parameterized. While the new cohesive model is numerically heavier than the previous one, it has been possible to reach the target dose by coupling it with the hybrid model. The results obtained are in better agreement with recent DFT calculations and experimental microstructures
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Koutiri, Imade. "Effet des fortes contraintes hydrostatiques sur la tenue en fatigue des matériaux métalliques." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00599125.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse traitent des effets des fortes contraintes hydrostatiques sur la tenue en fatigue à grand nombre de cycles des matériaux métalliques. Il s'agit d'étudier, d'une part, l'effet de la contrainte moyenne (et plus particulièrement des fortes contraintes moyennes ou forts rapports de charge) et, d'autre part, l'effet de la biaxialité. Dans une première partie, une campagne d'essais importante est réalisée sur deux matériaux, un alliage d'aluminium de fonderie AlSi7Cu05Mg03 et un alliage d'aluminium corroyé 2024-O. L'effet de la contrainte moyenne et de la biaxialité (dans le cas de chargement de traction biaxiale) sur le comportement en fatigue à grand nombre de cycles (FGNC) des matériaux est caractérisé. Une attention particulière est portée à la description et à l'analyse des mécanismes d'endommagement. Une étude des modélisations existantes dans la littérature est réalisée visant à donner un aperçu sur leurs capacités à prendre en compte les effets des fortes contraintes hydrostatiques. Une modélisation adéquate est ensuite proposée pour le cas particulier de l'alliage d'aluminium de fonderie étudié. Basé sur une approche probabiliste, elle permet de refléter la compétition entre les différents mécanismes d'endommagement locaux observés et de rendre compte efficacement des effets de moyenne et de biaxialité. Les observations conduites sur différents alliages métalliques ont également montré, pour les plus forts rapports de charge, qu'un endommagement généré lors du premier quart de cycle pouvait modifier les conditions d'apparition d'une fissure. Un critère de fatigue basé sur un couplage plasticité-endommagement à l'échelle mésoscopique est alors mis en place. Il rend compte des principales tendances expérimentales notamment celles relatives au chargement de traction biaxiale.
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Christiaen, Benjamin. "Modélisation multi-échelle de la déformation d’alliage de zirconium sous irradiation." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1R008/document.
Full textAbstract:
Les alliages de zirconium sont utilisés pour fabriquer des gaines de combustible ainsi que des assemblages combustibles des réacteurs nucléaires à eau sous pression. Sous irradiation, ils montrent un changement dimensionnel communément appelé croissance. Des observations expérimentales ont montré qu'au-dessus d'une dose seuil, ces alliages sont sujets à une croissance accélérée appelée "breakaway". Il a été bien établi que la formation sous irradiation de boucles de dislocation ‹a› et ‹c› est directement responsables de la croissance des alliages de zirconium sous irradiation et que l’apparition des boucles ‹c› est corrélée avec cette accélération de croissance. Cependant, les mécanismes de germination des boucles qui semblent influencés par la présence d’éléments d’alliage sont encore mal compris. Afin d'améliorer notre compréhension des mécanismes élémentaires, une approche multi-échelle a été utilisée pour simuler l'évolution de la microstructure du zirconium sous irradiation. Des calculs à l’échelle atomique basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et sur des potentiels empiriques sont utilisés dans un premier temps pour déterminer les propriétés des amas de défauts ponctuels (boucles de dislocation, cavités, pyramides de fautes d’empilement). Les résultats obtenus sont ensuite insérés en tant que paramètres d'entrée dans un code Monte Carlo cinétique d'objet (OKMC) qui nous permet de simuler l’évolution de la microstructure du matériau sous irradiation, et donc de prédire la croissance. Nos résultats montrent qu’il est nécessaire de considérer une migration anisotrope de la lacune pour prédire l’accélération de croissanceZirconium alloys are used to manufacture fuel cladding as well as fuel assemblies of pressurized water nuclear reactors. Under irradiation, they show a dimensional change commonly called growth. Experimental observations have shown that above a threshold dose, these alloys are subject to accelerated growth called "breakaway". It has been well established that the irradiation formation of and dislocation loops is directly responsible for the growth of irradiated zirconium alloys and that the appearance of loops is correlated with this growth acceleration. However, the nucleation mechanisms of the loops that seem to be influenced by the presence of alloying elements are still poorly understood. In order to improve our understanding, a multi-scale modelling approach has been used to simulate the evolution of zirconium microstructure under irradiation. Atomic-scale calculations based on the density functional theory (DFT) and empirical potentials are used to determine the properties of clusters of point defects (dislocation loops, cavities, pyramids of stacking faults). The results obtained are then used as input parameters of an object kinetic Monte Carlo (OKMC) code which allows us to simulate the microstructure evolution of the material under irradiation. Our results show that it is necessary to consider an anisotropic migration of the vacancies to predict the growth acceleration
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Cadel, Emmanuel. "Etude de la ségrégation intra et intergranulaire de solutés par sonde atomique tomographique et microscopie électronique en transmission." Rouen, 2000. http://www.theses.fr/2000ROUES036.
Full textAbstract:
La ségrégation est une expression générale qui décrit un rassemblement d'atomes autour des défauts d'un matériau. La sonde atomique tomographique a été utilisée pour analyser à une échelle nanométrique la répartition des atomes près de défauts linéaires et plans. Le bore est ajouté en quantité infinitésimale dans l'alliage Fe-40Al (structure ordonnée B2) pour augmenter sa résistance mécanique à température ambiante. La répartition spatiale des atomes de bore dans les grains de l'alliage Fe-40Al montre que ces atomes ségrégent sur les parois d'antiphase et les fautes d'empilements. L'image d'une atmosphère de Cottrell a été visualisée pour la première fois à une échelle nanométrique. L'enrichissement en bore au cœur de la dislocation s'accompagne d'un appauvrissement en aluminium. Le bore se substituerait aux atomes d'aluminium. Cette ségrégation de bore sur les défauts de l'alliage Fe-40Al semble responsable de la stabilisation d'une nouvelle microstructure. L'utilisation conjointe de la microscopie électronique en transmission et de la sonde atomique a permis d'étudier sur plusieurs joints de grains, la relation entre leur chimie et leur structure. Un superalliage à base de nickel N18 dopé au bore constitue le support expérimental de cette étude. Le bore, le molybdène et le chrome ségrégent aux joints. Mais ces analyses démontrent que les joints dits généraux sont les plus riches en bore. Quand cet enrichissement en bore atteint et dépasse 5 atomes par nanomètre carré, une zone désordonnée de deux nanomètres d'épaisseur sépare toujours les précipités ordonnés et le plan du joint. Dans le plan d'un joint de grains, des atomes ségrégés forment des cellules parallélépipédiques. Cette répartition semble provenir de la position légèrement désorientée par rapport à une position de coïncidence, de ce joint.
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Song, Xi. "Activation des dopants implantés dans le carbure de silicium (3C-SiC et 4H-SiC)." Thesis, Tours, 2012. http://www.theses.fr/2012TOUR4019/document.
Full textAbstract:
Ces travaux de thèse sont consacrés à l’étude de l’activation des dopants implantés dans le carbure de silicium. L’objectif est de proposer des conditions d’implantation optimisées pour réaliser le dopage de type n dans le 3C-SiC et de type p dans le 4H-SiC.Nous avons tout d’abord étudié les implantations de type n dans le 3C-SiC. Pour cela, des implantations de N, de P et une co-implantation N&P avec les recuits d’activation associés ont été étudiés. L’implantation d’azote suivie d’un recuit à 1400°C-30min a permis une activation proche de 100% tout en conservant une bonne qualité cristalline. Une étude sur les propriétés électriques des défauts étendus dans le 3C-SiC a également été réalisée. A l’aide de mesures SSRM, nous avons mis en évidence l’activité électrique de ces défauts, ce qui rend difficile la réalisation de composants électroniques sur le 3C-SiC.Nous avons ensuite réalisé une étude du dopage de type p par implantation d’Al dans le 4H-SiC, en fonction de la température d’implantation et du recuit d’activation. Nous avons pu montrer qu’une implantation à 200°C suivie d’un recuit à 1850°C-30min donne les meilleures résultats en termes de propriétés physiques et électriquesThis work was dedicated to the activation of implanted dopants in 3C-SiC and 4H-SiC. The goal is to propose optimized process conditions for n-type implantation in 3C-SiC and for p-type in 4H-SiC.We have first studied the n-type implantation in 3C-SiC. To do so, N, P implantations, N&P co-implantation and the associated annealings were performed. The nitrogen implanted sample, annealed at 1400°C-30 min evidences a dopant activation rate close to 100% while maintaining a good crystal quality. Furthermore, the electrical properties of extended defects in 3C-SiC have been studied. Using the SSRM measurements, we have evidenced for the first time that these defects have a very high electrical activity and as a consequence on future devices.Then, we have realized a study on p-type doping by Al implantation in 4H-SiC with different implantation and annealing temperatures. Al implantation at 200°C followed by an annealing at 1850°C-30min lead to the best results in terms of physical and electrical properties