Lucas VAROTO – Optimisation Microstructurale des Alliages Cu-Cr pour les contacts électriques dans les ampoules à vide

Jury

Prof. Andreas Mortensen, EPFL, Lausanne (Suisse) - Rapporteur
DR. Eric Maire, INSA, CNRS, Lyon - Rapporteur
Prof. Thomas Pardoen, IMMC, UCLouvain - Examinateur
MC. Elodie Courtois, IRDL, Université Bretagne-Sud, Lorient - Examinatrice
Prof. Daniel Bellet, LMGP, Université Grenoble Alpes - Examinateur
DR. Jean-Jacques Blandin, SIMaP-GPM2, CNRS, G-INP - Directeur de thèse
MC. Guilhem Martin, SIMaP-GPM2, G-INP - Invité
Ing-Dr. Anthony Papillon, Schneider Electric, Grenoble - Invité
 

Abstract

Les alliages Cu-Cr avec 25 à 50 %pCr sont largement utilisés pour des contacts électriques dans les ampoules à vide pour des applications en moyenne tension en raison de leur combinaison excellente de propriétés mécaniques, thermiques et électriques. Ces propriétés résultent de l'excellente conductivité du cuivre et d'un métal semi-réfractaire, le chrome, qui peut supporter les contraintes imposées par ces applications. Les propriétés des alliages Cu-Cr conventionnels (frittage à l'état solide-SSS et refonte à l'arc sous vide-VAR) ont l’intérêt industriel pour améliorer leurs performances, mais la relation microstructure-propriétés n'est pas encore totalement comprise. De plus, malgré l'intérêt porté aux composites Cu-Cr, la conception de nouvelles microstructures de composites Cu-Cr a été limitée par les process de fabrication conventionnels. Dans ce travail de thèse, une caractérisation multi-échelle de la microstructure des composites Cu-Cr SSS et VAR a été réalisée en utilisant des techniques allant de la macro à la nano-échelle, de la tomographie à rayons X à la microscopie électronique à transmission. La distribution des phases de Cr et la population de porosité sont caractérisées en 3D. Les propriétés mécaniques, électriques et thermiques de ces alliages ont été caractérisées. En couplant une modélisation numérique à cette étude expérimentale multi-échelle, les relations microstructure-propriétés sont rigoureusement établies et le espace de microstructure-propriétés a été dévoilé. La conception de nouvelles microstructures des alliages Cu-Cr a été investiguée par voie de la solidification rapide. Les évolutions microstructurales ont été caractérisées. Leur propriétés mécaniques, électriques et thermiques ont été améliorées par rapport aux composites Cu-Cr conventionnels. Nous suggérons que ces nouvelles microstructures améliorées peuvent être intéressantes pour les applications de moyenne tension des contacts électriques en Cu-Cr, en particulier pour améliorer leur capacité de coupure de courant.