Élaboration

L’équipe METAL travaille sur l’élaboration de matériaux innovants par métallurgie des poudres (procédé frittage flash) ou de matériaux à microstructure complexe comme les matériaux architecturés ou micro-poreux.

LES ACIERS ODS

contact: Damien Fabrègue, Xavier Boulnat

L'élaboration d'aciers renforcés par dispersion d’oxydes (ODS) représente une activité importante du groupe METAL. Ces études sont menées principalement dans le cadre d’un partenariat avec le CEA. Il s’agit ici d’obtenir des aciers qui comportent une dispersion d’oxydes d’yttrium de quelques nanomètres de diamètre par métallurgie des poudres. Ces oxydes permettent d’avoir une microstructure très stable, même pour des temps longs à haute température. Le principal moyen d'élaborer les aciers ODS est de co-broyer une poudre d’acier avec une poudre d’oxyde d’yttrium, puis d'imposer un cycle de frittage optimisé (frittage par effet joule - Spark Plasma Sintering) de manière à conserver la taille réduite des particules d'oxyde. Les aciers ODS bénéficient de propriétés mécaniques très intéressantes à haute température, cruciales pour des applications dans le domaine du nucléaire.

Fig. 1 Carte EBSD d'un acier ODS fritté par Spark Plasma Sintering (Mouawad et al. Journal of Nuclear Materials 2015).

LES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE

contact: Eric Maire, Sylvain Dancette, Christophe Le Bourlot

L'équipe METAL fabrique des matériaux composites modèles. Il s'agit de matériaux à matrice métallique (en aluminium par exemple) à microstructure volontairement simplifiée pour faciliter à la fois l'observation des mécanismes et le calcul des contraintes qui donnent lieu à l'endommagement du matériau. Comme les aciers ODS, ces matériaux sont issus de la métallurgie des poudres. Ils sont pressés à froids puis extrudés à chaud pour ductiliser la matrice. La production la plus récente a été effectuée pour tester l'efficacité d'un renfort sous la forme d'inclusions de verres métallique. Les matériaux métalliques amorphes (à base de zirconium dans ce cas) ont une grande tenue mécanique, mais peu de ductilité sous leur forme massive. Sous forme d'inclusion, nous avons montré que cette ductilité pouvait augmenter ce qui permet de limiter l'endommagement d'un composite à matrice aluminium.

Fig. 2 Rendu 3D d'un composite fabriqué dans de mauvaises conditions de frittage. La présence de porosités résiduelles est détectée et le composite aura de meilleures propriétés mécanique après une étape d'extrusion à chaud supplémentaire qui résorbe ces cavités. (Ferre et al. Materials Science and Technology 2015).

LES MATERIAUX POREUX ET ARCHITECTURES

contact: Eric Maire, Damien Fabrègue, Xavier Boulnat

L'équipe METAL fabrique des matériaux poreux entrant dans la catégorie des matériaux architecturés. De manière très simple, nous fabriquons des enchevêtrements de monofilaments métalliques et nous froissons des monofeuilles métalliques, ces deux types de matériaux étant mis en forme à l'intérieur de moules cylindriques par simple compaction à froid. L'équipe METAL étudie les similitudes et différences de comportement de ces deux types de matériaux nouveaux, peu onéreux, et simples à mettre en oeuvre. De manière très surprenante ces matériaux ont un comportement reproductible et seule la fraction volumique influence le comportement mécanique. Pour analyser ces structures complexes, nous utilisons des essais de compression in situ en tomographie RX.

Fig. 3 Illustration de volumes 3D d'un froissé d'aluminium. Différentes fraction volumiques sont représentées (a) 9%, (b) 14%, (c) 20% et (d) 29% (Cottrino et al. Acta Materialia 2014)