Mécanismes de déformation des phases MAX : une approche expérimentale multi-échelle
Résumé
It is commonly believed that plastic deformation mechanisms of MAX phases consist in basal dislocation glide, thus forming pile-ups and walls. The latter can form local disorienta- tion areas, known as kink bands. Nevertheless, the elementary mechanisms and the exact role of microstructural defects are not fully understood yet. This thesis report presents a multi-scale ex- perimental study of deformation mechanisms of the Ti2AlN MAX phase. At the macroscopic scale, two kinds of experiments were performed. In-situ compression tests at room temperature coupled with neutron diffraction brought new insight into the deformation behavior of the different grain families in the polycrystalline Ti2AlN. Compression tests from the room temperature to 900 °C under confining pressure were also performed. At the mesoscopic scale, deformed surface micro- structures were observed by SEM and AFM. These observations associated with nanoindentation tests showed that grain shape and orientation relative to the stress direction control formation of intra- and inter- granular strains and plasticity localization. Finally, at the microscopic scale, a detailed dislocation study of samples deformed under confining pressure revealed the presence of dislocation configurations never observed before in MAX phases, such as dislocation reactions, dislocation dipoles and out-of-basal plane dislocations. In the light of these new results, mechanical properties of MAX phases are discussed.
Il est couramment admis que la déformation plastique des phases MAX est due au glissement de dislocations dans les plans de base s’organisant en empilements et murs. Ces derniers peuvent former des zones de désorientation locale appelées kink bands. Cependant, les mécanismes élémentaires et le rôle exact des défauts microstructuraux sont encore mal connus. Ce manuscrit présente une étude expérimentale multi-échelle des mécanismes de déformation de la phase MAX Ti2AlN. À l’échelle macroscopique, deux types d’expériences ont été menés. Des essais de compression in-situ à température et pression ambiantes couplés à la diffraction neutronique ont permis de mieux comprendre le comportement des différentes familles de grains dans le Ti2AlN polycristallin. Des essais de compression sous pression de confinement ont également été réalisés de la température ambiante jusqu’à 900 °C. À l’échelle mésoscopique, les microstructures des surfaces déformées ont été observées par MEB et AFM. Ces observations complétées par des essais de nanoindentation ont montré que la forme des grains et leur orientation par rapport à la direction de sollicitation gouvernent l’apparition de déformations intra- et inter-granulaires ainsi que la localisation de la plasticité. Finalement à l’échelle microscopique, une étude détaillée par MET des échantillons déformés sous pression de confinement a révélé la présence de configurations de dislocations inédites dans les phases MAX, telles que des réactions entre dislocations, des dipôles et des dislocations hors plan de base. À la vue de ces résultats nouveaux, les propriétés mécaniques des phases MAX sont rediscutées.
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