role des solutés interstitiels et des processus diffusifs dans la plasticité des alliages réfractaires à haute entropie – INSPIRA

1. Simulations atomistiques
Comme point de départ, nous utilisons des simulations atomiques de type statique ou dynamique moléculaire reposant sur des potentiels interatomiques disponibles dans la littérature. Ce type de simulation permet de comprendre les mécanismes élémentaires de la plasticité en incorporant les détails des interactions atomiques. Toutefois, ce type d'approche est limités en échelles d'espace et de temps, ce qui limite son applicabilité pour incorporer l'élasticité à longue distance et les phénomènes diffusifs

2. Modèles élastiques
Pour palier les limitation des simulations atomiques, nous développons également des modèles élastiques continus qui traite la dislocation comme une ligne élastique interagissant avec des obstacles. La calibration des propriétés de la dislocation (raideur, mobilité) et des obstacles (champ de contrainte aléatoire, obstacles ponctuels, barrière de Peierls,...) repose toutefois sur les calculs atomistiques. Ce type d'approche continue permet également d'atteindre les échelles de temps de la diffusion, inaccessible en dynamique moléculaire.

1. Nous avons développé un modèle élastique permettant d’étudier les interactions entre une dislocation et un champ de contrainte émergeant d’une solution solide aléatoire. Afin de valider cette approche, nous l’avons appliqué au cas modèle des alliages Al-Mg concentrés, en mettant en évidence l’influence de l’anisotropie des corrélations du champ de contraintes sur la mobilité des dislocations vis et coin.
2. Le travail réalisé par Bassem Sboui pendant sa première année de thèse a porté sur le transfert de la description élastique des alliages aléatoires aux alliages concentrés de structure BCC qui nécessitent une formulation plus complète. Cette nouvelle description, reste tractable analytiquement et fournit (entre autres) une prédiction pour le déplacement carré moyen des atomes par rapport à leur site atomique. Toutefois, le modèle tend à sous-estimer cette quantité pour des systèmes où les espèces présentent de fortes hétérogénéités de constantes élastiques (tel que le système d'intérêt NbMoTaWV). Nous avons développé un système modèle afin de mettre en évidence cet effet de module élastique souvent négligé dans les modèles de durcissement proposés dans la littérature.

A déterminer

I. Publications:
A. Rida, E. Martinez, D. Rodney, P.A. Geslin. ‘’Influence of stress correlations on dislocation glide in random alloys.’’, Physical Review Materials 6, 033605, March 2022
DOI : doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.033605
HAL : hal.archives-ouvertes.fr/hal-03616640

II. Conférences:
1. 12/2021. MRM – Japan (oral distanciel) : Pierre-Antoine Geslin, Ali Rida, David Rodney. Interplay between dislocations and correlated stress environment in random alloys
2. 02/2022. TMS – USA (oral distanciel) : Pierre-Antoine Geslin, Ali Rida, David Rodney. Concentrated random alloys : from stress correlations to dislocation depinning
3. 06/2022. ICMSA – France (oral présentiel) : Bassem Sboui, David Rodney, Pierre-Antoine Geslin, Elastic model of BCC high entropy alloys.
4. 11/2021. Journées Annuelles GDR HEA, Paris (oral présentiel) : Bassem Sboui, David Rodney, Pierre-Antoine Geslin. Study of the plasticity of refractory HEA alloys by atomistic and continuous
models.
5. 04/2022. Colloque Plasticité, Toulouse (poster présentiel) : Bassem Sboui, David Rodney, Pierre-Antoine Geslin. Elastic model of BCC high entropy alloys

Les alliages réfractaires à haute entropie possèdent des propriétés mécaniques exceptionnelles à haute température, laissant pressentir de futures applications en conditions extrêmes. Le développement de modèles quantitatifs capables de prédire les propriétés des alliages en fonction de leur composition, de la température et de la vitesse de déformation permettrait d’accélérer le développement de ces nouveaux matériaux. Toutefois, les modèles actuels repose sur des hypothèse fortes et négligent l'influence des solutés interstitiels. Dans ce projet, je propose de pallier cela en développant une approche multi-échelles permettant de tenir compte de ces effets. Cette approche repose sur l'utilisation de simulations atomiques pour paramétrer des modèles continus d’une dislocation interagissant avec l’environnement désordonné de l'alliage à haute entropie et avec des solutés interstitiels. Dans un second temps, le couplage de ces modèle avec la diffusion des atomes d'interstitiel permettra d’étudier leur influence sur le comportement mécanique (dynamic strain aging)