Cu-Fe composite nanostructuration by severe deformation : the way to a forced mixing at the atomic scale
Nanostructuration d'un composite Cu-Fe par déformation intense : vers un mélange forcé à l'échelle atomique
Résumé
Materials processed by severe plastic deformation (SPD), usually exhibit unusual mechanical properties because of their small grain size and the high density of dislocations. However these defects may give rise to phase transformations. The aim of this work was to obtain non equilibrium solid solution by high pressure torsion (HPT) in the Cu-Fe model system and to identify mechanisms involved in this phase transformation. The initial material was a filamentary nanocomposite fcc-Cu/bcc-Fe. Slices of this composite were processed by HPT for a full range of stain. The material has been investigated with XRD, Mössbauer spectroscopy, TEM and atom probe tomography. Initial bcc-Fe filaments are reduced by HPT until a critical size of about 5 nm. Then the solid solution formation occurs by diffusion in fcc-Cu. This phase is made of equiaxed grains of about 50 nm. Nor dislocations nor interfaces shearing could explained data whereas diffusion profiles give the evidence that enhanced diffusion rate can be attributed to excess vacancies.
Les techniques d'élaboration par déformation plastique intense permettent d'obtenir des matériaux nanostructurés à l'état massif. La grande quantité de défauts (dislocations, lacunes,...) peut donner lieur à des transformations de phases hors équilibre. L'objectif de ce travail à été de produire par HPT (high pressure torsion) une solution solide hors équilibre à partir du système modèle Cu-Fe et de comprendre les mécanismes physiques à l'origine de sa formation. Le matériau initial est un nanocomposite filamentaire Cu-cfc/Fe-α. Des tranches de ce composite ont été déformées par HPT pour une large gamme de taux de déformation. Le matériau obtenu a été caractérisé par DRX, spectroscopie Mössbauer, MET et sonde atomique tomographique. Les filaments de ferrite sont dans une premier temps amincis jusqu'à environ 5nm. Le mélange forcé commence alors par diffusion de Fe dans Cu-cfc pour enfin aboutir à une solution solide homogène de Fe dans Cu-cfc. A la vue des données, les dislocations et le cisaillement répété des interfaces ne peuvent pas expliquer la formation du mélange forcé. Celle-ci est attribuée à la diffusion accélérée par les lacunes en excès.
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