Glissement des dislocations dans les alliages : couplage chimie/microstructure – DeGAS

L’objectif de ce projet jeunes chercheurs est d’étudier l’origine à l’échelle atomique de l’effet de solutés interstitiels sur les propriétés mécaniques dans les métaux et alliages. Ceci suppose un couplage entre la chimie et la microstructure, pour comprendre comment les dislocations, qui sont des défauts linéaires du réseau cristallin responsables de la déformation plastique des matériaux, interagissent avec les atomes de solutés. Le projet de recherche DeGAS se base sur une démarche multi-échelle combinant des compétences diverses à la fois en expérimentation, en modélisation théorique et en simulations atomistiques afin d’améliorer notre compréhension fondamentale de la plasticité des alliages. L’étude se focalisera sur le carbone dans le fer cubique centré pour commencer. De récents résultats de calculs de structure électronique ab initio suggèrent une forte attraction entre le cœur des dislocations vis et les solutés de carbone qui induit une reconstruction spontanée de la structure de cœur vers une configuration de basse énergie où, de manière inattendue, le cœur de la dislocation adopte la configuration difficile, instable dans les métaux purs. Les atomes de soluté se placent au cœur de prismes trigonaux réguliers formés par les atomes de fer du cœur de la dislocation, une configuration qui est localement comparable à la cémentite, Fe3C. L’approche proposée dans ce projet couple des calculs ab initio d’énergies d’interaction soluté-dislocation et de barrières d’énergie, une modélisation thermodynamique des solutés et des décrochements, une description en tension de ligne de l’ancrage des dislocations par les solutés, ainsi que la mise en évidence expérimentale par traction in-situ des mécanismes de glissement des dislocations en présence de solutés. Ce volet expérimental sera complété par l’étude de la ségrégation au cœur des dislocations par sonde atomique tomographique et par spectroscopie de perte d’énergie des électrons. L’approche développée sera ensuite généralisée d’une part à d’autres solutés (bore, azote, oxygène) dans le fer et d’autre part au carbone dans d’autres métaux cubiques centrés tel que le tungstène.