L’objectif de ces travaux de thèse est d’améliorer nos connaissances sur les phénomènes d’interdiffusion dans les alliages métalliques. Cela a consisté dans un premier temps à apporter une meilleure compréhension des phénomènes engendrés par l’effet Kirkendall (porosité, déformation) et dans un second temps à étudier l’effet de contraintes externes sur la diffusion. Tous les résultats expérimentaux ont pu être comparé à des simulations, réalisés à l’aide de l’outil NODA. Dans la première partie, l’analyse de la porosité par tomographie semble montrer que la germination des pores n’est pas favorisée aux joints de grains (germination hétérogène) et les analyses réalisées à différents stades de la diffusion ont confirmé que l’annihilation des lacunes aux joints de grains est plus efficace qu’en volume. Cependant, l’étude de l’effet de la densité de joints de grains sur la porosité a montré une insensibilité des profils de concentration et de porosité à la taille de grains, ce qui permet de conclure que l’annihilation des lacunes par la croissance de pores est un mécanisme plus efficace que par les montées de dislocations, que ces dernières soient situées en volume ou aux joints de grains. Des mesures expérimentales de la déformation induite par la diffusion ont pu être effectuées par la mise en place d’un nouveau protocole de mesure utilisant des clichés MEB et la corrélation d’images. Ces mesures en deux dimensions ont permis de montrer expérimentalement que la diffusion engendre des champs de déformation locaux selon la direction de diffusion et que dans la direction normale cette déformation est inexistante ou négligeable. Des plus, l’étude sur la déformation a permis d’établir une relation entre la déformation et les propriétés microstructurales du matériau, puisque d’après les confrontations essais/calculs, la diffusion et la déformation peuvent être simulées en ayant uniquement connaissance de la densité de dislocations du matériau. En revanche la confrontation entre la porosité mesurée et celle prévue avec NODA n’ont pas permis d’établir de lien entre la force de puits de la porosité et une propriété intrinsèque du matériau considéré. Dans un second temps, l’étude de l’effet des contraintes externes sur la diffusivité a permis de déduire que les variations des coefficients d’interdiffusion sont négligeables en dessous de 25 MPa en compression uniaxiale (fluage) et sous une pression hydrostatique inférieure à 326 MPa. |
The purpose of this work is to study the interdiffusion phenomena in metal alloys. This consisted firstly in improving our understanding of the phenomena generated by the Kirkendall effect (porosity, deformation) and secondly in studying the effect of mechanical loading on diffusivity. All experimental results could be compared to simulations performed with the NODA tool. In the first part, the analysis of the porosity by tomography seems to show that pores germination is not favored at grain boundaries (heterogeneous germination) and the analyses carried out at various stages of the diffusion confirmed that the vacancy annihilation at grain boundaries is more effective than in the volume. However, the study of the effect of grain size on porosity showed an insensitivity of the concentration and porosity profiles to grain size, leading to the conclusion that vacancy annihilation by pore formation is a more efficient mechanism than by dislocation climb, whether the latter are in the volume or at grain boundaries. Experimental measurements of the diffusion-induced deformation have been carried out by setting up a new measurement protocol using SEM pictures and digital image correlation (DIC). The two-dimensional measurements show experimentally that the diffusion generates local strain fields according to the direction of diffusion and that in the normal direction this strain is negligible. Moreover, the study on the deformation allowed to establish a relation between the deformation and the microstructural properties of the material since according to the comparison tests/simulations, the diffusion and the deformation can be simulated only if the dislocations density is known. On the other hand, the comparison between the measured porosity and the one predicted with NODA did not allow linking the porosity sink strength with an intrinsic property of the material. In the second part, the effect of external stress on diffusivity was studied and have shown that the variations of the interdiffusion coefficients are negligible below 25 MPa with uniaxial compressive creep stress and under a hydrostatic pressure lower than 326 MPa. |