Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Laboratoire de Physico-Chimie de l'Etat Solide - LPCES

Physico-chimie métallurgique des transformations de phases





L'objectif majeur de cette thématique de recherche est une meilleure compréhension des relations entre les transformations de phases, la microstructure et les propriétés des matériaux par une approche expérimentale, théorique et de modélisation/simulation prédictive.

Cette recherche représente un enjeu de première importance tant du point de vue fondamental que des applications pratiques et constitue une première étape vers une plus grande connaissance de matériaux plus complexes, à finalité plus appliquée.

Elle fait appel en effet à la fois à de l'expérimentation sur les grands instruments français (diffusion des rayons X et des neutrons aux petits et aux grands angles, microscopie électronique à transmission à haute résolution) sur des alliages polycristallins et monocristallins modèles de systèmes simples binaires et ternaires et à une modélisation et simulation qui présentent un caractère prédictif des transformations de phases et des microstructures des matériaux.

Parmi les différents types de transformations de phases :

- les phénomènes de précipitation, au cours du revenu, dans une matrice monophasée, sont particulièrement attractifs car, en général, ils s'effectuent à des températures basses (de l'ordre de 300-600°C) et améliorent les caractéristiques mécaniques.
Les changements nano puis microstructuraux qui se produisent font intervenir des phénomènes de germination, puis de croissance de nouvelles phases à partir de la phase matrice (parente), puis de coalescence à l'échelle mésoscopique de l'ensemble multi-phasé résultant. Ces processus se produisent à l'état hors d'équilibre thermodynamique et sont gouvernés par la cinétique d'évolution des nouvelles phases qui peut être modélisée et simulée sur le plan de leur structure cristalline, de leur géométrie et de leur interaction élastique avec la matrice.

- les diverses transitions ordre désordre qui apparaissent dans certains alliages à base de Au-Cu et Cu-Pd peuvent donner naissance à des structures à longues périodes incommensurables (antiphases périodiques de seconde espèce) dont la formation mérite d'être élucidée.

Sur le plan des applications pratiques, il est important de déterminer le degré de cohérence ou semi-cohérence des interfaces interphases, formées au cours des transformations de phases, qui peuvent être visualisées sur les images obtenues en microscopie électronique à haute résolution. Dans ce but, nous avons étudié le système ternaire Al-Nb-Ti, qui présente un grand intérêt en aéronautique pour ses propriétés mécaniques dans certains domaines de composition. Des microstructures complexes dues à l'étonnante variété des diverses phases (souvent hors d'équilibre) peuvent apparaître au cours ou au terme de différents traitements thermiques.

Des différents travaux réalisés ces dernières années, nous ne développerons, pour les illustrer, que quelques études originales :