Solidification dirigée d'alliages transparents 3D : dynamique de formation de la microstructure interfaciale en présence de convection naturelle

Directional solidification of 3D transparents alloys : microstructure formation under influence of natural convection

• Auteur / Autrice : Cédric Weiss
• Direction : Bernard Billia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interfaces cristallines

Cristaux dendritiques

Microstructure (physique)

Solidification

Résumé

La solidification est ici étudiée in situ en temps réel sur des alliages transparents massifs par observation optique directe et interférométrie. Diverses améliorations expérimentales ont été apportées au niveau du four pour contrôler la courbure d'interface ainsi qu'au niveau des méthodes de préparation des échantillons. Des protocoles d'analyse des images d'interférométrie ont été développés permettant de caractériser la pointe des dendrites (rayon de courbure, vitesse). Les effets de la courbure d'interface et de la convection dans la phase liquide ont été étudiés en croissance cellulaire et dendritique. Nous avons observé un phénomène d'advection des cellules, affecté par la convection dans le bain fondu. En régime dendritique, la microstructure est fortement affectée par la courbure (orientation, paramètres de forme). Enfin, un dispositif spécifiquement développé a permis une étude exploratoire du rôle de la fragmentation des dendrites dans la transition colonnaire – équiaxe.

Directional solidification of bulk transparent alloys has been studied by optical means with direct observation and interferometry. Some experimental improvements have been done concerning the Bridgman furnace in order to control the interface curvature and also concerning the samples preparation. Interferogram analysis procedures have been developped allowing the characterization of the dendrites (tip radius and tip velocity). The effects of the interface curvature and the convection in the liquid phase have been studied in the cellular and the dendritic regimes. We have observed a cells advection phenomenon affected by the fluid flow in the melt. In dendritic growth, the microstructure is strongly affected by the interface curvature (orientation, shape factor). Finally, a specific device dedicated to the columnar-to-equiaxed transition study has been developped clarifying the role of the dendrites fragmentation in this process.