Effet des traitements thermomécaniques sur le couplage microstructure-propriétés d'alliages d'aluminium pour conducteurs électriques

Effect of thermomechanical treatments on coupling microstructure and properties of electrical conductor aluminium alloys

• Auteur / Autrice : Amelie Taieb
• Direction : Williams Lefebvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 17/06/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Williams Lefebvre, Frédéric De Geuser, Véronique Massardier, Daniel Chateigner, Xavier Sauvage, Franck Tancret, Maxime Delbove
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric De Geuser, Véronique Massardier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux neuronaux (informatique)

Microscopie électronique en transmission

Sondes atomiques tomographiques

Conduction électrique

Aluminium -- Alliages

Mots clés libres

Alliages d'aluminium

Série 6000

Conductivité électrique

Résistance mécanique

Microscopie électronique en transmission

Sonde atomique tomographique

Réseau de neurones artificiels

Aluminium alloys

Electrical conductivity

Strength

Transmission electronic microscopy

Atom probe tomography

Artificial neural network

Résumé

Allumer une lampe, prendre l’ascenseur, démarrer une chaine de production, transporter l’énergie du soleil et du vent … Derrière chacun de ces gestes, il y a des câbles et du système de câblage. L’effet des traitements thermomécaniques sur le couple microstructure – propriétés a été exploré durant cette thèse afin d’optimiser les propriétés électriques et mécaniques d’alliages d’aluminium de la série 6XXX, pour des conducteurs électriques. Le processus de déformation permet de produire des alliages avec une grande densité de défauts qui donne lieu à une augmentation conséquente de la résistance mécanique et à une diminution de la conductivité électrique. Enfin, le traitement thermique de revenu confère au fil tréfilé les caractéristiques répondant aux normes pour câbles aériens. On s’intéresse à un alliage de référence et à un alliage 6201, à la fois par voie expérimentale et analytique. Dans ce contexte, nous avons étudié : l’impact de la déformation sur la microstructure ; l’influence des éléments d’alliage sur les propriétés ; et la précipitation au cours du revenu pour des temps et températures variés. Plusieurs programmes sont développés pour concevoir un alliage optimal répondant aux spécifications. L’observation de la microstructure, des mécanismes induits par la déformation et les traitements thermiques ont été analysées grâce à plusieurs techniques : la microscopie électronique à balayage, en transmission, la diffraction des rayons X et la sonde atomique tomographique. Finalement, la relation avec le comportement mécanique et électrique a été établie sur la base d’essais de traction et de microdureté, et de mesures de résistivités électriques, respectivement.

To switch on a light, to take the lift, to turn on a production chain, to transport the energy from the sun and wind … Behind each of these gestures, there are cables and a cabling system. The effect of thermomechanical treatments on the couple of microstructure and properties has been investigated, during this thesis, in order to optimize the electrical and mechanical properties of 6XXX – serie aluminium alloys for electrical conductors. The deformation allows us to produce alloys with a high defect density which leads to an important increase in the tensile strength and a decrease in electrical conductivity. Finally, the thermal treatment called artificial ageing confers to the drawn wire the characteristics answering to the standards for overhead cables. We focused on a reference alloy and a 6201 alloy, simultaneously by an experimental and an analytical approach. In this respect, we have studied the deformation impact on the microstructure, the alloying element effects on properties, and the precipitation during artificial ageing for various times and temperatures. Several computer programs have been developed to design an optimized alloy answering to the specifications. The observations of the microstructure, mechanisms induced by the deformation, and the thermal treatments have been analysed thanks to several techniques: scanning and transmission electron microscopy, X – ray diffraction and atom probe tomography. Finally, the relation between mechanical and electrical behaviour has been established on the basis of tensile and microhardness test, and electrical resistivity measurements, respectively.