Guillaume Bracq

Thermodynamique et comportement mécanique de matériaux multi-composants

Axe 1.2 du Labex MMCD, début le 01/10/2015

Doctorant : Guillaume Bracq
Directeur de thèse : Pr Ivan Guillot, ICMPE ; 

Un des enjeux majeurs de la construction durable est l’allègement des structures. Pour cela, de nouveaux matériaux, capables de résister à des sollicitations mécaniques toujours plus sévères, sont nécessaires. Découverts au début des années 2000, les alliages métalliques dits à « haute entropie » sont d’excellents candidats pour répondre à ce défi. En effet, il s’agit de solutions solides multi-composants, avec une concentration élevée de chacun des composants. Ces alliages, comme par exemple l’alliage équimolaire CrMnFeCoNi, peuvent présenter d’excellentes propriétés mécaniques et rendent possible l’exploration d’un champ quasi infini de composition chimique ce qui devrait permettre de contrôler le coût, un point clé dans le domaine de la construction, mais aussi de choisir les éléments chimiques en fonction de critères de développement durable. Mais pour le moment, la stabilité thermodynamique de ces systèmes est très mal connue. Cela limite fortement le choix des compositions d’alliages. Les avantages potentiels découlant du choix de la composition ainsi que l’amélioration des propriétés mécaniques en sont donc fortement restreints.

Les objectifs de cette thèse sont, par une approche multi-échelle, pour les alliages métalliques multi-composants :

  • Etablir le diagramme de phase en couplant la méthode DFT (Density Functional Theory) avec l’approche Calphad (CALculation of PHAse Diagrams),
  • Etudier le durcissement par solution solide en combinant les observations par MET in-situ (microscopie électronique à transmission), la nanoindentation et les tests mécaniques macroscopiques.
  • Prédire les phases thermodynamiquement stables et le comportement mécanique de ces alliages en fonction de leur composition chimique.

Au final, nous souhaitons établir une cartographie, en fonction de la composition chimique, du domaine de stabilité de la solution solide et du comportement mécanique de l’alliage multi-composant Cr-Mn-Fe-Co-Ni. On en déduira des règles de prédiction des phases thermodynamiquement stables et du comportement mécanique des alliages multi-composants.

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