Study by atomic-scale simulations of the formation of dislocation loops from surface ledges in a metal under stress

Étude par simulations à l'échelle atomique de la formation de boucles de dislocation à partir d'irrégularités de surface d'un métal contraint

Pierre Hirel (1)

1 LMP - Laboratoire de métallurgie physique

In this PhD thesis, we studied the nucleation of dislocations from a surface in a fcc metal under stress, using atomic-scale simulations as well as models based on elastic theory of dislocations. Nucleation from surfaces, which initiate plasticity in nanometer-scale materials, requires the crossing of an energy barrier ; this is possible through thermal activation. We were able to determine the role of different factors, such as temperature or the surface condition, on the nucleation event. Several atomistic methods were used to determine the activation parameters associated with the energy barrier : the critical radius the dislocations has to overcome in order to become stable and propagate, and the activation energy and volume. Finally, some information concerning dislocations dynamics and plastic phenomena subsequent to the nucleation process were obtained.

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié la nucléation de dislocations depuis la surface d'un métal cfc sous contrainte, par le biais de simulations à l'échelles atomiques et de modèles basés sur la théorie élastique des dislocations. La nucléation depuis les surfaces, qui initie la plasticité dans les matériaux à l'échelle nanométrique, implique le franchissement d'une barrière d'énergie ; celui-ci se fait par activation thermique. Nous avons pu déterminer le rôle de différents facteurs, comme la température ou l'état de surface, sur l'évènement de nucléation. Plusieurs méthodes atomistiques ont été employées de concert pour déterminer les paramètres d'activation associés à la barrière d'énergie : le rayon critique que la dislocation doit atteindre pour devenir stable et se propager, l'énergie et le volume d'activation. Enfin, des éléments sur la cinétique des dislocations et sur les évènements plastiques subséquents à la nucléation ont pu être obtenus.

Mots clés: Computer simulations; Plasticity; Nanomaterials; Aluminum; Stress; Mechanical properties; Theory of elasticity

Mots clés: Simulations numériques; Dislocations; Plasticité; Nanomatériaux; Aluminium; Contraintes; Propriétés mécaniques; Théorie de l'élasticité

Domaines: Matière Condensée [cond-mat]; Physique [physics]; Mécanique [physics.med-ph]; Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]

Pierre Hirel. Étude par simulations à l'échelle atomique de la formation de boucles de dislocation à partir d'irrégularités de surface d'un métal contraint. Matière Condensée [cond-mat]. Université de Poitiers, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00399038⟩