Description du sujet de thèse

Titre : « Etude des cinétiques de décomposition des alliages d'aluminium multiconstitués à la frontière entre clustering et décomposition spinodale »

Contexte :
La thèse s'inscrit dans le cadre du projet financé par l'ANR (https://anr.fr/) intitulé « SpinodalDesign » impliquant le GPM à Rouen, le SIMAP à Grenoble et l'UMET à Lille) et dédié à la conception d'alliages d'aluminium innovants à ductilité et résistance mécanique accrues, via les transformations de phases (transformation spinodale, précipitation) associées à des microstructures ultra-fines.

Objectif :
L'objectif de la thèse est d'explorer et de mieux comprendre les cinétiques de décomposition d'alliages d'aluminium multi-constitués avec un accent mis sur les premiers stades. En effet, dans le cadre du projet ANR « SpinodalDesign » qui vise combiner un durcissement structural par précipitation d'une phase nanométrique et par l'obtention de grains ultra-fins, l'un des verrous identifiés est que la présence de joints de grains favorise la germination hétérogène au dépens de la phase nanométrique recherchée. Une décomposition spinodale se caractérise par une absence d'énergie d'activation et pourrait constituer une solution. Elle concerne cependant des systèmes très concentrés peu propices aux applications industrielles.
La démarche consistera à explorer la frontière entre les systèmes à germination-croissance « classiques » et les systèmes à décomposition spinodale par une approche de métallurgie combinatoire en réalisant des échantillons à gradients de composition (couples ou multiples de diffusion) à partir d'alliages de bases choisis parmi des composition classiques (type industrielles 7xxx AlZnMg ou 2xxx AlCuMg ou AlLiCu) et des compositions où la décomposition spinodale est attendue (AlZn, AlLi, AlMg). Les cinétiques de décomposition seront caractérisés par des expériences à haut-débit (high-throughput) comme de la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) et de la diffraction des rayons X (XRD), permettant de caractériser in situ la réaction en chaque point du gradient. Ces expériences réalisées à la fois au synchrotron (ESRF) et sur des installations de laboratoire permettront d'identifier des compositions optimales ainsi que des points de bifurcation de mécanismes. Elles seront alors complétées par des caractérisations locales en microscopie électronique ainsi qu'à l'aide de la nouvelle sonde atomique tomographique (APT) Cameca LEAP 6000 installée au SIMaP à l'été 2023.
Les données, ainsi que des calculs thermodynamiques complémentaires, permettront d'identifier les compositions d'alliages prometteuses ainsi que les bifurcations de mécanismes. Certaines compositions choisies seront alors soumises à déformation plastique intense (par HPT, HPS ou FSW/P en lien avec les partenaires du projet « SpinodalDesign ») afin d'étudier l'influence de la taille de grains sur la décomposition.
Le lien avec les autres partenaires de « SpinodalDesign » (une thèse au SIMaP à Grenobe, une thèse à l'UMET de Lille et un post-doctorant au GPM de Rouen) devrait ainsi permettre de proposer des voies nouvelles de conception d'alliages d'aluminium innovants à ductilité et résistance mécanique accrue.

Contexte de travail

Laboratoire d'accueil :
La thèse sera basée au laboratoire SIMaP (CNRS – Grenoble INP – UGA) à Grenoble avec un co-encadrement par W. Lefebvre du GPM de Rouen, coordinateur du projet ANR « SpinodalDesign ». Des déplacements auront lieu entre les 3 partenaires du projet et principalement au GPM pour des caractérisations MET et STEM.
Direction et encadrement :
Frédéric De Geuser et Hugo Van Landeghem (SIMaP), Williams Lefebvre (GPM)