Etude de matériaux composites à matrice base Al renforcés par des particules Al-Cu-Fe

Study of materials composites Al-based matrix reinforced by Al-Cu-Fe particles

• Auteur / Autrice : Tarik El Kabir
• Direction : Joël Bonneville, Anne Joulain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Poitiers
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Quasicristaux

Métallurgie des poudres

Élasticité

Résumé

Les matériaux quasicristallins (QC) présentent des propriétés mécaniques intéressantes, telles une dureté et un module d’Young élevés, ce qui en fait de bons candidats en tant que renforts pour les matériaux composites à matrices métalliques. Ce travail a pour but l’élaboration et l’étude des microstructures et propriétés mécaniques de matériaux composites à base Al renforcés par des particules QC. Des composites à matrice Al3Mg2, Al, Al-Cu-Mg et Al-Mg-Si renforcés par 50% vol. De particules QC Al-Cu-Fe ont été élaborés par infiltration sous pression de gaz. Les composites obtenus sont complexes et présentent de nombreuses phases résultant de la diffusion de l’aluminium et du cuivre. Ces composites sont caractérisés par des contraintes d’écoulement élevées et une fissuration précoce, quelle que soit la température de déformation. Deux composites à matrice aluminium renforcés par des particules QC ont été élaborés par compression isostatique à chaud (HIP). En fonction de la température d’élaboration, nous avons obtenu des matériaux biphasés, l’un renforcé par des particules tétragonales w-Al-Cu-Fe et l’autre par des particules i-Al-Cu-Fe. Ces matériaux présentent des propriétés mécaniques améliorées par rapport à la matrice seule. La forte dépendance de s0. 2% en température observée dans le composite Al/w suggère que la déformation plastique est contrôlée par des mécanismes thermiquement activés. En revanche, pour le composite Al/i, la contribution des contraintes internes au durcissement du composite est à prendre en compte en plus des mécanismes thermiquement activés.

Quasicrystalline (QC) materials exhibit remarkable mechanical properties at low and intermediate temperatures, such as high hardness together with high elastic modulus. One of the potential applications of QC materials is to use them as the reinforcement phase of composite materials. This study reports about processing, microstructures and mechanical properties of Al-based metal matrix composites (MMC) reinforced by QC particles. Five Al-based MMC were produced using the gas pressure infiltration technique. Al3Mg2, Al, Al-Cu-Mg and Al-Mg-Si matrices were used. They were reinforced by 50 % vol. Fraction of Al-Cu-Fe QC particles. The as-produced composites are rather complex and various phases are formed during the production process. These phases were identified to result from diffusion of both the aluminium and the copper. These composites are characterised by high flow stresses, that are unfortunately accompanied by numerous cracks whatever the temperature deformation. Two composites with an Al matrix initially reinforced by QC particles were prepared by hot isostatic pressing (HIP). With this technique two-phase composites are obtained, but depending on the processing temperature, the reinforcement particles are either of i-phase or !-phase. It is observed that ! particles contribute more positively to the improvement of the mechanical properties than the QC particles. The temperature dependences of ''0. 2% suggest that the plastic deformation of the composite Al/!-Al-Cu-Fe is controlled by thermally activated mechanisms. In the composite Al/i-Al-Cu-Fe, in addition to thermally activated mechanism, the contribution of the internal stresses to the hardening of the composite must be taken into account.