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Université Paris-Est (02/11/2009), Yannick Champion (Dir.)
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Effet de la composition et de la technique d'élaboration sur le comportement mécanique des verres metalliques base zirconium
Sophie Nowak1

Les verres métalliques sont des matériaux récents (≈ 50 ans), obtenus par refroidissement rapide d'un alliage en fusion. La structure amorphe de ces matériaux leur confère des propriétés particulières : une très grande résistance mécanique (limite à la rupture de l'ordre de 1,7 GPa pour des alliages base Zr), une déformation élastique de l'ordre de 2% mais pas ou peu de ductilité. Les compositions pouvant être élaborées à l'état amorphe, et, sous forme massive, sont en nombre limité. Le travail présenté dans ce manuscrit démontre la possibilité de consolider par frittage SPS (Spark Plasma Sintering), des poudres amorphes obtenues par atomisation (Фmoy.≈70 μm), tout en conservant majoritairement le caractère amorphe. L'optimisation de ce protocole, avec la composition Zr57Cu20Al10Ni8Ti5, a permis de retrouver le même comportement mécanique qu'un verre massif monolithe. Une cristallisation partielle du matériau se produit cependant aux points de contact des particules, mais pourrait être réduite en poursuivant le modèle de frittage esquissé dans ce manuscrit. Aux vues de ces résultats, la conception de nouvelles compositions, et leur élaboration sous forme de rubans, ont été menées. La caractérisation par nano-indentation permet d'estimer de manière fiable les propriétés mécaniques de ces alliages. Enfin, une nouvelle méthode d'évaluation du volume d'activation, qui est le volume élémentaire cisaillé initiant la déformation plastique, est présentée. Il s'agit de l'analyse statistique d'essais de pseudo-fluage en nano-indentation, réalisés à température ambiante. En conclusion, ce travail propose de nouvelles perspectives d'élaboration de verre métalliques sous forme massive dans une gamme de composition bien plus large
1:  ICMPE - Institut de Chimie et des Matériaux Paris-Est
Institut de Chimie des Matériaux Paris Est
Métal amorphe – Frittage SPS – Nano-indentation – Volume d'activation

Effect of composition and technique of production, on the mechanical behaviour of based-zirconium metallic glasses
The metallic glasses are relatively new materials (≈ 50 years), produced by quenching a molten alloy. The amorphous structure of these materials gives them unique properties: very high strength (fracture stress is about 1.7 GPa for Zr based alloys), an elastic deformation reaching 2%, but little or no ductility. The compositions, which could produce both amorphous and bulk samples, are limited. The work, detailed in this manuscript, shows the possibility of sintering using SPS (Spark Plasma Sintering) amorphous powders obtained by atomization (Фaverage ≈ 70 microns). The result is a fully densified and near fully amorphous sample. The optimization of this technique, with the composition Zr57Cu20Al10Ni8Ti5, gave samples for which mechanical behaviour is close to the bulk metallic glass behaviour. However, partial crystallization of the material occurs, localized at the contact points of particles, but could be reduced by deepening the sintering model outlined in this manuscript. In view of these results, new compositions are designed, and the production of ribbons was conducted. The characterization by nano-indentation estimates reliably the mechanical properties of these alloys. Finally, a new method, evaluating the activation volume, which is the elementary volume initiating plastic deformation, is presented. This technique is a statistical analysis of pseudo-creep tests performed by nano-indentation, at room temperature. In conclusion, this work opens new perspectives to develop bulk samples in broad range of compositions
Amorphous metal – SPS sintering – Nano-indentation – Activation volume