Modélisation de la ségrégation superficielle dans les aciers FeNi par des approches atomistiques

Modeling the aging of Fe (Ni) steels by atomistic approaches

• Auteur / Autrice : Myriam Sansa
• Direction : Guy Tréglia, Nejmeddine Jaïdane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Soutenance le 22/12/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec Université de Tunis. Faculté des sciences de Tunis
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM)
• Jury : Président / Présidente : Fabienne Berthier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adnene Dhouib, Fabienne Ribeiro
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Soisson, Moncef Saïd

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alliages fer-nickel

Théorie de la fonctionnelle de densité

Anticorrosion

Acier

Mots clés libres

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Résumé

Le vieillissement des aciers est un problème crucial dans bien des industries (automobile, nucléaire) puisqu’il détermine la durée de vie des éléments. En effet, la ségrégation aux défauts du matériau d'éléments tels que le carbone, ou les additifs métalliques (nickel, chrome), modifie fortement ses propriétés mécaniques d'une part, et sa résistance à la corrosion d'autre part. Modéliser de tels phénomènes n'est pas chose simple. Jusqu'ici, le choix des méthodes utilisées s'est partagé entre des calculs dits ''de premiers principes'', basés sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité, trop lourds pour rendre compte de matériaux réalistes, et des méthodes basées sur des potentiels semi-empiriques difficilement transférables d'un système à l'autre. Dans ce travail de thèse, nous avons développé une approche effective de la structure électronique originale, fondée sur l'approximation des Liaisons Fortes, pour décrire les aciers Fer-Nickel. Nous avons dû pour cela identifier les règles d’auto-cohérence auxquelles doivent obéir les charges électroniques et les populations de spin : neutralité locale pour les premières, variation en concentration du moment magnétique pour les secondes Cette méthodologie nous a permis de mettre en évidence le rôle essentiel joué par le magnétisme dans les phénomènes d’ordre-désordre en volume, et de ségrégation d’équilibre en surface, première étape vers une modélisation cinétique du vieillissement de ces aciers.

The aging of steel is a crucial problem in many industries (automobile, nuclear) since it determines the lifetime of the elements. Indeed, the segregation at material defects of elements such as carbon, or metal additives (nickel, chromium), strongly modifies its mechanical properties and its resistance to corrosion. Modelling such phenomena is not simple. So far, the choice of methods used has been divided into ''first principles'' calculations, based on the Densitu Functional Theory, too heavy to account for realistic materials, and methods based on semi-empirical potentials that are difficult to transfer from one system to another. In this thesis, we have developed an original effective approach of the electronic structure, based on Tight-Binding approximation, to describe the iron-nickel steels. To do this, we had to identify the self-consistency rules that electronic charges and spin populations must obey: local neutrality for the former, concentration dependence of the magnetic moment for the latter. This methodology allowed us to highlight the essential role played by magnetism in order-disorder phenomena in the bulk, and in equilibrium segregation at the surface, which is the first step towards a kinetic modelling of the aging of these steels.