Giouse Jean-Baptiste
Characterization of the local mechanical properties of interfaces in heteregeneous materials
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Résumé
Français
Caractérisation des propriétés mécaniques locales aux interfaces dans les matériaux hétérogènes
L’étude des interfaces est omniprésente en sciences des matériaux étant donné qu’elles sont à l’origine de nombreuses propriétés magnétiques, électriques, optiques ou mécaniques. Cette étude tente d’éclaircir le rôle des interfaces dans la définition des propriétés mécaniques des matériaux à travers deux applications industrielles pour lesquels la notion d’interface est cruciale. Tout d’abord, nous nous sommes intéressés à la problématique d’adhésion dans les systèmes revêtus via la caractérisation de la dureté et de la microstructure d’un substrat en acier 17-4PH dont la surface a été sablée avant d’y déposer un revêtement cermet par projection par flamme supersonique. La dureté a été mesurée par nanoindentation alors que les microstructures ont été observées par microscopies optique et électronique. Les résultats ont démontré un effet important du sablage sur la microstructure et la dureté du substrat à l’interface illustrant de potentielles conséquences néfastes sur l’adhésion du film. Ensuite, à la lumière des résultats récoltés, une méthode similaire a été applique à la caractérisation d’une mousse d’aluminium. Cependant, la mousse s’est révélée être un matériau beaucoup plus complexe qui nécessite de suivre une approche multi échelles. La structure et la microstructure de la mousse ont été caractérisées par plusieurs techniques pour prendre en compte la nature multi échelles du matériau. De même, différentes techniques ont été utilisées pour caractériser les propriétés mécaniques. Les résultats ont révélé un matériau particulièrement inhomogène à toutes les échelles se traduisant directement par des propriétés mécaniques également inhomogènes. Ainsi, il y a une interdépendance claire des différentes échelles, qui une fois révélée, permet d’avoir une compréhension plus globale des propriétés mécaniques de la mousse.
Mots-clés libres : Interfaces, matériaux composites, projection par flamme supersonique, revêtements cermet, mousses d'aluminium, propriétés mécaniques locales, cartographie par nanoindentation, tomographie à rayons X, microscopie électronique à balayage, microscopie électronique en transmission.
- Composites -- propriétés mécaniques
- Nanoindentation
- Interfaces (sciences physiques)
English
Characterization of the local mechanical properties of interfaces in heteregeneous materials
The notion of “interface” is a universal topic of research in material sciences. Interfaces are responsible for many of the magnetic, electrical, optical and mechanical properties of materials and therefore need to be characterize. The focus of this work is to bring a new understanding of the interfacial mechanical properties of materials by characterizing two industrial components which properties are governed by their interfaces. First, we address the notion of coating and adhesion by characterizing the hardness and microstructure of a 17-4PH steel substrate subjected to a grit blasting surface treatment followed by the deposition of a cermet coating by high velocity oxy-fuel (HVOF). The hardness was characterized using nanoindentation and the microstructure were imaged by optical and electron microscopy. The results showed a strong impact of the surface treatment on the interfacial microstructure and hardness of the substrate revealing a potential weakening of the interfacial adhesion because of it. Then, in light of the results gathered, a similar method was applied to the characterization of an aluminum foam. However, the aluminum foam is a much more complex material and requires a multiscale approach. The structure and microstructures were characterized by several techniques to account for the multiscale nature of the material. Similarly, the mechanical properties were determined by diverse procedures. The results unveil a particularly inhomogeneous material at all scales resulting in non-uniform mechanical properties. The strong interdependence of the macroscopic and microscopic properties is highlighted and gives a better understanding of the mechanical behavior of the foam.
Keywords : Interfaces, composites materials, High Velocity Oxy Fuel (HVOF), cermet coatings, aluminum foams, local mechanical properties, microstructure, nanoindentation cartography, X-ray tomography, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy.
Notice
- Diplôme :
- Doctorat d'Université
- Établissement de soutenance :
- Université de Poitiers
- Établissement de co-tutelle :
- Université de Houston - Texas
- UFR, institut ou école :
- UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)
- Laboratoire :
- Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
- Domaine de recherche :
- Milieux denses, Matériaux et Composants
- Directeur(s) de thèse :
- Christophe Tromas, Ken W. White
- Date de soutenance :
- 10 septembre 2018
- Président du jury :
- Pradeep Sharma
- Rapporteurs :
- Krishnaswamy Ravi-Chandar, Robert Vajtai
- Membres du jury :
- Christophe Tromas, Ken W. White, Ludovic Thilly, Yashashree Kulkarni, Marc Bird
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