Analyse de la stabilité d’alliages à haute entropie par démouillage de films minces – AHEAD

Les alliages à haute entropie (AHE) constituent une nouvelle classe de matériaux métalliques qui se distinguent par des propriétés mécaniques, électriques et thermiques exceptionnelles, surpassant largement celles des alliages conventionnels. Leur particularité est de contenir au moins cinq éléments en proportion équimolaire ou proche, et de pouvoir cristalliser en une solution solide de structure simple, cfc ou cc, stabilisée par l'entropie de configuration. La compréhension des propriétés de ces matériaux nécessite d'approfondir les connaissances fondamentales sur leurs comportements métallurgique et physique. Elle aidera au développement des AHE massifs et à l'innovation technologique dans le domaine des films minces, par exemple dans l'industrie de la microélectronique.
Le consortium AHEAD propose d'étudier la stabilité des AHEs, par une approche originale consistant à travailler sur des films minces où des défauts 1D et 2D seront introduits; cette approche a été élaborée grâce aux compétences spécifiques du consortium dans le domaine des interfaces. La densité des défauts dans les films sera contrôlée par (i) des déformations aux échelles nano- et micrométrique pour introduire des gradients de densité de dislocations, (ii) l'altération de la structure interfaciale en employant des substrats amorphes ou cristallins et (iii) la variation de la taille des grains en modulant les conditions de croissance des films.
Ce projet franco-allemand rassemble quatre équipes de spécialistes reconnus dans différents domaines des sciences des matériaux (synthèse combinatoire de films minces, physique des microstructures et des interfaces, thermodynamique et mécanique des matériaux).
AHEAD a pour objectif d'améliorer significativement les connaissances fondamentales sur les AHE concernant: (i) la stabilité des phases, (ii) les transformations de phases, leur cinétique et l'influence de défauts et des contraintes dimensionnelles sur ces transformations, (iii) la croissance de grains et la texture des films, (iv) les cinétiques de démouillage et les morphologies résultantes, (vi) la déformation plastique, (vii) les mécanismes de fatigue thermomécanique et la durée de vie des films.
AHEAD concentrera ses efforts sur des films de composition AlCrFeCoNi (cc) et MnCrFeCoNi (cfc). La préparation des films, qui est une étape clé, sera assurée par l'un des partenaires allemands. Les trois autres partenaires identifieront les mécanismes qui contrôlent la stabilité des phases, la microstructure, et la stabilité morphologique des films sous sollicitation thermique et thermomécanique, en fonction de l'épaisseur du film, de sa microstructure et de sa composition.
Le consortium dispose d'un ensemble complet d'outils, allant de techniques combinatoires avancées de dépôt de films minces, aux méthodes de caractérisation quantitatives multiéchelles les plus sophistiquées et jusqu'à un laboratoire de test micromécanique pour systèmes miniaturisés. La combinaison de ces méthodes et l'analyse conjointe des résultats
par les partenaires produira un ensemble large et cohérent de données thermodynamiques, mécaniques et microstructurales sur deux types de AHE, de structure cc ou cfc, ainsi qu'une analyse détaillée de leur stabilité sous forme de films.
Enfin, AHEAD formera 2 étudiants en thèse et 2 post-doctorants à une approche multidisciplinaire des matériaux dans un contexte international.