• Physique: le rôle de la chimie locale des joints de grains sur le comportement mécanique d’alliages métalliques nanocristallins a été mis en évidence!____¤201708

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Grain boundary stability governs hardening and softening in extremely fine nanograined metals» ont été publiés dans la revue Science, a permis de mettre en évidence le rôle de la chimie locale des joints de grains sur le comportement mécanique d’alliages métalliques nanocristallins.

     

    Notons tout d'abord que «les alliages métalliques sont généralement polycristallins, c’est-à-dire formés de grains cristallins dont la taille peut être millimétrique, micrométrique ou nanométrique». De ce fait, «les interfaces entre ces grains – ou joints de grain – jouent, avec les défauts d’empilement cristallin tels que les dislocations, un rôle important dans les propriétés mécaniques de ces alliages»: ainsi, «leur résistance mécanique est le plus souvent proportionnelle à l’inverse de la racine carrée de la taille des grains».

     

    La loi de Hall et Petch * «qui rend compte du lien entre la contrainte nécessaire au mouvement des dislocations (permettant la déformation du matériau) et la taille de grains» indique que «plus ces derniers sont petits, plus il y a d’obstacles au mouvement des dislocations et plus la contrainte à fournir est importante». Il en découle qu'on observe «généralement un accroissement important de la résistance mécanique lorsque la taille de grains est réduite jusqu’à des dimensions de l’ordre d’une dizaine de nanomètres».

     

    Cependant, «pour des tailles encore plus petites, d’autres mécanismes entrent en jeu pouvant conduire au contraire à une diminution de la résistance mécanique». Les mécanismes en question mettent en œuvre cette fois «les joints de grain eux-mêmes, comme par exemple leur mobilité (migration, rotation, glissement...)».

     

    Pour sa part, l'étude ici présentée «montre que ces mécanismes alternatifs sont fortement affectés par la chimie locale des joints de grains et que ce phénomène peut être exploité pour contrôler la résistance des alliages métalliques nanocristallins»: plus précisément, «les alliages modèle Ni-Mo (nickel-molybdène) avec des tailles de grains comprises entre 5 et 30 nanomètres ont été étudiés et un accroissement significatif de la résistance mécanique (de 5 à 11 GPa) a été mis en évidence après traitement thermique». La sonde atomique tomographique, développée au GPM, a permis de «quantifier et localiser les modifications de la composition chimique au sein du matériau» et de «montrer un enrichissement en molybdène au niveau des joints de grains».

     

    Cette étude, qui apporte «un regard nouveau sur les mécanismes conduisant aux limites de la loi de Hall et Petch pour des tailles de grains nanométriques», ouvre «de nouvelles perspectives pour la conception de matériaux à très haute résistance mécanique grâce au contrôle de la chimie locale des joints de grains».

     

     

    Lien externe complémentaire (source Wikipedia)

    * Loi de Hall et Petch

     

     


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