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Science et ingénierie des matériaux et des procédés

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FM3

Les premiers stades des transformations de phases, en particulier pour la précipitation durcissante dans les alliages métalliques, font intervenir des interactions complexes entre éléments de solutés et lacunes en sursaturation issues de la trempe. Ces interactions influent sur les trajectoires de précipitation, faisant intervenir des séquences de formation d’objets métastables, depuis des amas de solutés, en passant par des phases métastables, avant les phases d’équilibre. Des avancées ont été obtenues dans la description expérimentale de ces premiers stades, où les objets en formation (amas de soluté) sont mal définis. Des approches statistiques de description des fluctuations de composition se sont révélées très efficaces pour interpréter les résultats issus de sonde atomique tomographique (APT) et de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) [1,2].
Nous nous sommes particulièrement intéressés à la manière dont l’addition de solutés en quantité mineure bouleverse ces trajectoires. Si l’on prend comme exemple les alliages d’aluminium pour applications aéronautiques basés sur le système Al-Cu-Li, la formation des précipités dépend fortement de la présence d’éléments mineurs comme Mg, Ag ou Zn. La microscopie électronique en transmission a mis en évidence que le rôle de ces éléments mineurs pour catalyser la formation de la phase d’équilibre T1-Al2CuLi était lié à la fois à la formation de phases précurseurs sur les dislocations, et à la ségrégation des solutés aux interfaces [3,4].
Pour caractériser l’effet de la composition sur la trajectoire de précipitation, nous avons développé une méthodologie de caractérisation à haut débit, de type combinatoire. Des échantillons à gradient de composition macroscopique sont élaborés, puis caractérisés par diffusion des rayons X résolue en temps (in-situ) et en espace (en scannant le gradient de composition). Les données obtenues mettent en évidence des effets de seuil en composition (en particulier en Mg, figure ci-dessous) sur les trajectoires de précipitation, à la fois sur la cinétique de mise en amas, et sur la formation des précipités de phase T1 [5,6]. Cette méthodologie combinatoire est activement poursuivie dans différents cadres, avec une thèse en cours sur les effets de solutés substitutionnels sur les transformations de phases dans les aciers [7], et une thèse en démarrage sur les cinétiques de précipitation dans les alliages d’aluminium et dans les aciers en collaboration avec le MATEIS et le LMI à Lyon.
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[1] L. Couturier, F. De Geuser, A. Deschamps, Direct comparison of Fe-Cr unmixing characterization by atom probe tomography and small angle scattering, Mater. Charact. 121 (2016) 61–67. doi:10.1016/j.matchar.2016.09.028.
[2] R. Ivanov, A. Deschamps, F. De Geuser, A combined characterization of clusters in naturally aged Al-Cu-(Li,Mg) alloys using small-angle neutron and X-ray scattering and atom probe tomography, J. Appl. Crystallogr. 50 (2017) 1725–1734. doi:10.1107/S1600576717014443.
[3] E. Gumbmann, W. Lefebvre, F. De Geuser, C. Sigli, A. Deschamps, The effect of minor solute additions on the precipitation path of an AlCuLi alloy, Acta Mater. 115 (2016) 104–114. doi:10.1016/j.actamat.2016.05.050.
[4] E. Gumbmann, F. De Geuser, C. Sigli, A. Deschamps, Influence of Mg, Ag and Zn minor solute additions on the precipitation kinetics and strengthening of an Al-Cu-Li alloy, Acta Mater. 133 (2017) 172–185. doi:10.1016/j.actamat.2017.05.029.
[5] E. Gumbmann, F. De Geuser, A. Deschamps, W. Lefebvre, F. Robaut, C. Sigli, A combinatorial approach for studying the effect of Mg concentration on precipitation in an Al–Cu–Li alloy, Scr. Mater. 110 (2016) 44–47. doi:10.1016/j.scriptamat.2015.07.042.
[6] R. Ivanov, A. Deschamps, F. De Geuser, High throughput evaluation of the effect of Mg concentration on natural ageing of Al-Cu-Li-(Mg) alloys, Scr. Mater. 150 (2018) 156–159. doi:10.1016/j.scriptamat.2018.03.024.
[7] A. Deschamps, F. Tancret, I.-E. Benrabah, F. De Geuser, H.P. Van Landeghem, Combinatorial approaches for the design of metallic alloys, Comptes Rendus Phys. 19 (2018) 737–754. doi:10.1016/j.crhy.2018.08.001.

mise à jour le 14 octobre 2019

Univ. Grenoble Alpes