Métallurgie Physique, Microstructures avancées, Propriétés (2MP)
3MPI Chercheurs/Enseignants-Chercheurs Guy DIRRAS
Jia LI
David TINGAUD
Dominique Vrel
Axel ZUBERPost-Doctorants Amine Hattal Etudiants Juliette GANDOLFI
Adrien MOURGOUT
L’OR 2MP se fonde sur des compétences croisées en Métallurgie. Les objectifs comprennent : la formulation et la conception de nouveaux alliages, le design de microstructures innovantes à partir de matériaux de grande diffusion, la compréhension des propriétés mécaniques et des mécanismes de déformation sous-jacents et l’optimisation des propriétés d’emploi de matériaux élaborés par ailleurs.
Les recherches menées sont à caractère fortement expérimental, mais en lien très étroit (thèses en co-encadrement, projets ANR…) avec les autres OR de l’axe. Ces recherches s’appuient sur la mise en œuvre de procédés métallurgiques d’élaboration conventionnels et non-conventionnels (métallurgie des poudres, traitements thermomécaniques), de transformation microstructurale (post-traitements) et d’observation et d’analyse des mécanismes de la plasticité à l’origine des comportements mécaniques macroscopiques.
Les activités s’attachent à améliorer des propriétés, parfois antagonistes, comme la résistance mécanique et la ductilité, via la conception et l’optimisation des microstructures, dans le but de proposer des solutions matériaux, en particulier pour les industries de transports, de la défense et du biomédical.
Ces activités se déclinent en 3 grandes thématiques détallées ci-dessous :
- Alliages multi-principaux éléments à haute entropie de mélange (HEA).
- Matériaux métalliques à microstructures harmoniques et à gradient de taille des grains.
- Optimisation & post-traitements.
Alliages multi-principaux éléments à haute entropie de mélange (HEA)
Pour répondre à la demande de matériaux avec de meilleures performances, de nouveaux concepts d’élaboration des matériaux sont nécessaires. Parmi eux, la conception d’alliages à partir d’éléments multi-principaux (par opposition aux alliages dilués classiques) apparaît comme une stratégie puissante pour développer de nouveaux matériaux avec des propriétés améliorées. Les travaux menés dans ce cadre portent sur la formulation et la conception d’alliages réfractaires multi-principaux éléments à haute entropie de mélange, ainsi que l’évaluation de leurs propriétés mécaniques (quasi-statique, dynamique, fatigue) et des mécanismes de déformation associé.
Matériaux métalliques à microstructures harmoniques et à gradient de taille des grains
La résistance mécanique et la ductilité sont deux concepts antagonistes en métallurgie conventionnelle. Les faire cohabiter dans les métaux purs ou les alliages dilués constitue, depuis toujours, un sujet de recherche permanent. Une des clés consiste à délocaliser la déformation afin de retarder l’instabilité plastique. Il s’agit ici de la mise en place d’une méthodologie pour concevoir, grâce à la versatilité de la métallurgie des poudres combinée aux procédés de déformations plastiques sévères (SPD) et/ou grandes déformations (en partie en collaboration inter-axes avec l’OR ÉPÉE, axe MINOS), des microstructures susceptibles d’engendrer un gradient de plasticité, pour notamment une synergie entre résistance mécanique et ductilité.
Structure classique d’un alliage de Titane Harmonique. Les gros grains (le core) sont regroupés en amas et entourés par des grains de plus petites tailles (le shell).
Optimisation & post-traitements
La thématique se propose d’explorer deux voies de post-traitement sur des matériaux obtenus par méthode conventionnelle ou non conventionnelle (fabrication additive métal), permettant d’optimiser les propriétés d’emploi. Les matériaux principalement concernés sont les alliages de titane. Les recherches envisagées seront centrées sur le développement des procédés de : (i) traitement d’oxydation par plasma micro-ondes. L’objectif est d’améliorer les propriétés tribologiques en proposant des traitements de surface sur métal plus propres et plus efficaces (collaboration inter-axes avec l’OR Interaction Plasma/Surface et micro-plasmas, axe PPANAM) ; (ii) post-traitement par CIC sur pièces élaborées par fabrication additive afin d’en réduire la porosité, les contraintes résiduelles et éventuellement l’anisotropie et d’améliorer la durée de vie des pièces ainsi fabriquées.
