Caractérisation mécanique des surfaces et interfaces aux échelles micrométrique et nanométrique (étude des processus d oxydation et de piqûration)

Prédire la durée de vie des alliages métalliques nécessite de comprendre les rôles des paramètres mécaniques, physiques et chimiques dans l amorçage et la propagation des piqûres. L objectif de ce travail est de développer de nouvelles méthodes d analyse en mécanique aux échelles microscopiques pour cartographier les gradients de déformation et les propriétés mécaniques à la surface des alliages métalliques, en prenant en compte leur microstructure complexe. Ces méthodes seront appliquées a l étude des processus d oxydation et de piqûration et des critères mécano-électrochimique seront proposés. Dans un premier temps, les gradients de déformation liés à l application d un chargement mécanique dans le domaine plastique sont cartographiés aux échelles microscopiques à l aide des micro-jauges métalliques. Les relations entre la microstructure, les déformations plastiques et les mécanismes de piqûration sont ensuite étudiées. Dans un deuxième temps, l influence de la microstructure sur les mécanismes d oxydation des aciers inoxydables duplex a été quantifiée à l échelle microscopique. Des réseaux de plots non métalliques ont été utilisés pour cartographier les déformations à l interface entre le substrat et le film d oxydes sur des éprouvettes oxydées thermiquement. La technique de spectroscopie Auger locale a été utilisée pour quantifier les épaisseurs et les compositions des films d oxydes. Afin d identifier les lois de comportement des alliages métalliques à l échelle des grains, des tests de nano-indentation avec plusieurs géométries d indenteurs ont été effectués et analysés selon des modèles issus de la littérature. En couplant la nano-indentation à la diffraction des rayons X et à la simulation numérique par éléments finis du test de nano-indentation, nous avons adapté les modèles existants pour déterminer les propriétés élasto-plastiques du matériau. Un premier modèle numérique par éléments finis prédictif a alors été développé.To predict the service time of metallic alloys, a multi-disciplinary approach is essential. The roles of mechanical, physical and chemical parameters on pit initiation will be studied. The aim of this present work is to develop new mechanical methodologies at the microscopic scale to quantify the strain gradients and the mechanical properties of the alloy surfaces. These specific methodologies will be applied to the study of the influence of the microstructure and the mechanics in the oxidation and pit initiation process. First, strain gradients induced by a mechanical solicitation will be quantified at the microscopic scale using the grating method (with metallic dots of 70 nm in diameter). A study on the influence of the heterogeneous strain fields and microstructure on pit initiation is proposed. Second, the influence of microstructure and strain mapping on the oxidation process of duplex stainless steel at the microscopic scale was studied. Grating method with non-metallic dots was used to map the heterogeneous strain field at the interface between the substrate and the thermal-oxide film. Local Auger spectroscopy was used to determine the thickness and the compositions of oxide films. At last, nano-indentation tests have been done to identify the behaviour laws of the duplex stainless steel at the grain scale. Many tests have been done with different indenter geometries in order to apply the analytical models available in the literature. The elasto-plastic parameters have been determined coupling the nano-indentation test with X-ray diffraction and finite element simulation of the nano-indentation test. Then, the grain rheologies founded have been inserted in a predictive finite element model of the duplex stainless steel behavior.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF