Application de la radiographie X synchrotron à la caractérisation de la microstructure de solidification d'alliages métalliques

Application of synchrotron X-rays radiogrphy to the characterization of the metallic alloys solidification-microstructures

• Auteur / Autrice : Abdoul-Aziz Bogno
• Direction : Bernard Billia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance le 07/09/2011
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Gustav Amberg
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Billia, Henri Nguyen Thi, Marc Georgelin, Charles-André Gandin, Ragnvald Mathiesen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gravité réduite

Synchrotrons

Ségrégation (métallurgie)

Cristaux dendritiques

Microstructure (physique)

Solidification

Alliages aluminium-cuivre

Mots clés libres

Solidification

Alliages métalliques

Microstructure

Dendrite

Transitoire initial

Croissance équiaxe

Ségrégation

Convection

Imagerie X synchrotron

Radiographie

Microgravité

Solidification

Metallic alloys

Dendrite

Initial transient

Equiaxed growth

Segregation

Convection

Synchrotron X-rays imaging

Radiography

Microgravity

Microstructure

Résumé

Une étude expérimentale systématique de la formation des microstructures de solidification d’alliages métalliques (Al-Cu) a été effectuée par application de la radiographie X synchrotron. La radiographie X-Synchrotron nous a donné accès à des observations in situ et en temps réel qui nous ont permis d’analyser de manière quantitative les phénomènes physiques impliqués au cours de la solidification (vitesse de croissance, redistribution du soluté, interaction entre grains équiaxes etc.). Elle nous a également permis de mettre en évidence l’influence de la convection naturelle et de la gravité sur ces différents paramètres physiques et par conséquent sur la formation de la microstructure de solidification. Nous avons comparé nos résultats expérimentaux avec des modèles de prédiction de la croissance dendritique et ensuite avons montré l’intérêt des expériences en microgravité. Nous avons enfin effectué des séries de tests du dispositif expérimental conçu et développé par SSC (Swedish Space Corporation) dans le cadre du projet XRMON (In situ X-Ray MONitoring of advanced metallurgical processes under microgravity and terrestrial conditions) de l'ESA-MAP en vue d’une expérience in situ et en temps réel de solidification en microgravité à bord d’une fusée sonde Maser12. Cette expérience prévue en Novembre 2011. Les résultats obtenus lors des séries de tests valident le dit dispositif en termes de comportement thermique et d’imagerie X par radiographie.

A systematic experimental study of the formation of solidification microstructures of metallic alloys (Al-Cu) was carried out by the application of synchrotron X-ray radiography. Synchrotron X-ray radiography gave access to in situ and real time observations which allowed us to quantitatively analyze the dynamical physical parameters involved in the solidification process (growth rate, solute redistribution, equiaxed grain interaction etc). It also allowed to show the influence of natural convection and gravity on these various physical parameters and consequently on the formation of the solidification microstructures. Our experimental results were compared with models predictions of the dendritic growth and the necessity of microgravity solidification experiments was evidenced. Finally series of tests were carried out on the experimental setup designed by the Swedish Space Corporation (SSC) in the framework of the project XRMON (In situ X-Ray MONitoring of advanced metallurgical processes under microgravity and terrestrial conditions) of ESA-MAP for in situ and real time solidification experiments under microgravity conditions on board a sounding rocket Maser12. Maser12 mission is scheduled for November 2011. The tests results validated the experimental setup in term of imaging and thermal behaviour.