Contribution à l’étude des mécanismes de déformation et d'endommagement a chaud d'un matériau composite base cuivre renforce par une dispersion d'alumine

= Contribution to the study of high temperature deformation and damaging mechanisms in an alumina strengthened copper

• Auteur / Autrice : Claire Rigollet
• Direction : Claude Esnouf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Métallurgie
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études nucléaires (Grenoble ; 1956-2006)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Fluage

Alumine

Cuivre -- Métallurgie

Résumé

Le cuivre renforcé par une dispersion d'alumine allie théoriquement de bonnes propriétés mécaniques à chaud avec une bonne conductivité thermique et électrique. C'est pourquoi il est pressenti pour être utilisé comme absorbeur d'énergie dans un futur réacteur à fusion contrôlée. La présente étude avait pour objet d'étudier les mécanismes de déformation et d'endommagement à chaud mis en jeu dans ce matériau. Il fait partie de la famille des ODS (Oxide Dispersion Strengthened). La matrice de cuivre, très pure, est renforcée par une fine dispersion d'alumine cubique dont la taille moyenne est d'environ 20nm. On rencontre également des particules d'alumine a et d'oxyde mixte 2B203-9Al203 le plus souvent situées aux joints de grains, et mesurant environ 1µm. Le comportement en traction et en fluage a été étudié dans un large domaine de température. Les résultats de fluage ont notamment mis en évidence, outre la très bonne résistance du matériau par rapport à un cuivre pur, un exposant de contrainte et une énergie d'activation extrêmement élevés (20< n <40 et 420kJ/mol < Q < 450kJ/mol), ce qui est souvent observé pour les ODS. Plusieurs types de modèles peuvent permettre d'expliquer ce comportement : le modèle de Artz suppose une interaction attractive particule/dislocation entraînant la nécessité de franchir une contrainte seuil pour détacher une dislocation se trouvant à l'interface. On peut également considérer une contrainte effective en faisant intervenir une contrainte seuil ou de type interne. Le mécanisme d'endommagement mis en jeu à haute température est vraisemblablement la cavitation inter-granulaire. Ce phénomène a été mis en évidence lors des essais de traction et de fluage à chaud sur le matériau à l'état recuit. Le minimum de ductilité observé en traction sur le matériau à l'état initial en est également un signe.

Alumina strengthened copper theoretically presents good mechanical properties at high temperature and good thermal and electrical conductivities. That's why it has been selected to be used as energy absorber in a fusion reactor. The aim of this study was to analyse deformation and damaging mechanisms occurring at high temperature in this material. It belongs to the ODS (Oxide Dispersion Strengthened) family. The copper matrix, very pure, is strengthened by a fine dispersion of cubic alumina with a mean size of 20 nm. Coarse hexagonal alumina and mixed oxide 2B2O3-9Al2O3 particles ( 1 micron) are also encountered, mainly in grain boundaries. Traction and creep behaviour was studied in a large scope of temperature. Creep results have shown, a part from a very good mechanical resistance with respect to pure copper, very high stress exponents and activation energy. This is often the case in ODS materials. Several models can explain this behaviour. Artz model supposes a particle/dislocation -attractive interaction which implies the necessity of surmounting 6 threshold stress (with a back stress). The damaging mechanism at high temperature is inter-granular cavitation. This phenomenon has been observed in traction and creep at high temperature on a heat treated material. The minimum of ductility observed in traction on the as received material confirms this idea.