Rôle des disconnexions dans la plasticité liée aux joints de grains – RODIN

Ce projet vise à comprendre le RÔle des DIscoNnections dans la plasticité basée sur les joints de grains (RODIN). Un joint de grains (JG) est l'interface séparant deux domaines d'orientations cristallographiques différentes (communément appelées «grains»). La plupart des métaux, alliages, matériaux céramiques, et plus généralement tout solide cristallin en contient. Ils sont généralement considérés comme statiques, surtout lorsque l'on étudie la physique de la déformation des solides polycristallins. Dans ce domaine, les JGs sont considérés comme des obstacles statiques aux dislocations qui sont le principal vecteur de déformation permanente. Récemment, l'émergence de matériaux à grains ultra-fins (< 1 µm) ou nanocristallins (nc-, grains plus petits que 100 nm), pour lesquels plasticité due aux dislocations est réduite ou même absente, a généré beaucoup d'études pour expliquer comment leur déformation plastique pouvait se produire. Une alternative à la plasticité des dislocations est la "plasticité basée sur les joints de grains", un terme générique regroupant plusieurs mécanismes (rotation des grains, diffusion accélérée, glissement intergranulaire, etc.). Parmi ceux-ci, le couplage cisaillement-migration s'est distingué au cours des 10 dernières années car il est potentiellement le plus efficace. En couplant les simulations de dynamique moléculaire (DM) et la microscopie électronique en transmission (MET) in situ, nous avons récemment montré que ce mécanisme est fortement lié à des défauts spécifiques aux JGs appelés «disconnexions». Nous avons également montré que de nombreux types de disconnexions peuvent être trouvés dans un seul JG, et que la plupart des mécanismes de plasticité de joint peuvent être expliqués en utilisant ce seul type de défaut. Nous en avons déduit qu'un changement de paradigme devrait être fait pour appréhender les JG non pas comme les défauts d'un monocristal hypothétique, mais comme des réseaux dont les défauts (les disconnexions) peuvent influencer les propriétés. De la même façon que les propriétés mécaniques d'un cristal sont dictées par ses dislocations.
Malgré cette implication potentiellement importante dans de nombreux domaines de la métallurgie et de la science des matériaux, la plasticité à base de GB est très mal connue aujourd'hui pour plusieurs raisons, y compris la complexité du problème: les GB ont plus de degrés de liberté que les cristaux et peuvent contenir une infinité de disconnexions. L'écart entre les études théoriques, considérant souvent les JGs comme des objets modèles, et les expériences qui tentent d'avoir des aperçus statistiques d'un grand ensemble de JGs est également considérable aujourd'hui.
L'objectif ici est de faire des progrès significatifs sur la compréhension fondamentale des mécanismes de joints, aux échelles atomique, nanométrique et micrométrique. Nous travaillerons sur des bi-cristaux d'Al d'orientation pré-définie où le mécanisme de couplage migration-cisaillement est à la fois plus facile à étudier expérimentalement et sur des joints modèles issus de simulations de DM qui sont largement bi-cristallins pour le moment. La MET haute résolution (HRTEM) sera utilisée pour analyser les défauts à la même échelle que les simulations. Sur les mêmes bicristaux, des tests de microscopie tunnel/à force atomique (STM/AFM) seront également effectués pour appréhender la troisième dimension de déformation plastique souvent difficile à mesurer en MET. Nous combinerons ensuite des expériences in situ MET, MEB et AFM sur de l'Al et du Ni (UFG et nanocristallins) qui ont des températures de fusion très différentes. Cela nous aidera à comprendre comment les disconnexions sont nucléées, interagissent avec les dislocations de réseau et nécessitent ou non de la diffusion (nucléation/absorption aux joints triples). La cartographie automatique d'orientation cristalline (ACOM) servira à compléter une vue statistique des différentes interactions sur différents JGs.