Twin formation and extension in FCC nanostructures : numerical simulations
Formation et extension de macles de déformation dans des nanostructures cfc : simulations numériques
Résumé
For several decades, the elaboration of nano-structured materials tends to develop more and more. Indeed, these materials often show interesting properties, and in particular surprising mechanical properties when compared to their bulk counterparts. For example, nano-twinned or nano-layered metals are known to have ultra-high mechanical strength, good thermal stability, and very good radiation resistance. As the interface spacing decreases to the nanometer-scale, the density of interfaces increases significantly and subsequently the macroscopic properties become largely governed by the interface-defect interactions. In that context, we have studied deformation twin formation and mechanisms of interaction between a new formed twin and a preexisting interface (a twin boundary or a bimetallic interface), using atomistic simulations and a thin film model configuration. First results show the influence of surface steps on mechanical twinning, for a model system without interface. Then we identify a new mechanism leading to the formation of a Lomer dislocation, following the interaction of a newly formed twin and a preexisting twin boundary. By varying the density of surface defects, we show the particular influence of a preexisting twin boundary on twin size and number. Finally, for the Cu/Ag bimetallic system, our results highlight the role of epitaxial dislocations (at the interface) in twin nucleation and extension as well as a direct influence of the interface type in twin propagation.
Depuis quelques dizaines d'années, l'élaboration de matériaux nanostructurés tend de plus en plus à se développer. En effet, ces matériaux présentent souvent des propriétés intéressantes et en particulier des propriétés mécaniques surprenantes vis-à-vis de leurs homologues sous forme massive. Les métaux nano-maclés ou nano-lamellaires par exemple, sont connus pour avoir une bonne résistance mécanique, une bonne stabilité thermique et une excellente résistance aux radiations. Au fur et à mesure que l'espacement entre les interfaces diminue, leur densité augmente de manière significative et les propriétés macroscopiques du matériau sont de plus en plus dépendantes des interactions défaut-interface. Dans ce contexte, nous avons étudié, via des simulations atomistiques, la formation de macles de déformation et les mécanismes d'interaction d'une macle nouvellement formée avec une interface préexistante (un joint de macle ou une interface entre 2 métaux), pour une configuration modèle de film mince auto-supporté. Des premiers résultats montrent l'influence de marches de surface sur le maclage, pour un cas modèle sans interface. Puis nous avons identifié un mécanisme inédit aboutissant à la formation d'une dislocation de Lomer suite à l’interaction d'une macle en formation avec un joint de macle préexistant. En faisant varier la densité de défauts de surface, nous montrons l'influence particulière d'un joint de macle sur la taille et le nombre de macles formées. Enfin, pour les systèmes bimétalliques Cu/Ag, nos résultats mettent en évidence le rôle des dislocations d'épitaxie (à l'interface) dans la nucléation et l'extension des macles ainsi qu'une influence directe du type d'interface considéré sur la propagation de ces macles.
Origine : Version validée par le jury (STAR)