Thèse soutenue

Nanoparticules dans des matrices métalliques pour des applications en automobiles

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Auteur / Autrice : Binghua Ma
Direction : David Portehault
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
Date : Soutenance le 27/05/2021
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie de la matière condensée de Paris (1997-....)
Jury : Président / Présidente : Alexa Courty
Examinateurs / Examinatrices : Léo Mazerolles
Rapporteurs / Rapporteuses : Mona Tréguer-Delapierre, Justin Dirrenberger

Résumé

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Ce travail porte sur l’élaboration de nanocomposites à matrices métalliques pour des applications automobiles. Le procédé de fabrication repose sur la dispersion de nanoparticules ayant des capacités de renforcement ou d’absorption de chaleur dans un métal par métallurgie liquide. Après une étude bibliographique pour situer le sujet, le manuscrit porte d’abord sur l’élaboration des nanoparticules comme briques élémentaires, en particulier des particules cœur-coquille Bi@SiO2 à bas point de fusion. Ensuite, plusieurs méthodes sont étudiées pour trouver les meilleures conditions d’incorporation des particules, qui reposent sur le couplage entre le chauffage à induction et le traitement ultrasons dans la matrice fondue. Des nanocomposites combinant des matrices à base d’aluminium et des nanoparticules de SiC ou de HfB2 sont ainsi fabriqués pour renforcer les propriétés mécaniques. La microscopie électronique révèle la ségrégation des particules aux joints de grains. Les mesures de nanoindentation et de microindentation permettent de quantifier la dureté à l’échelle microscopique, révélant ainsi une hétérogénéité des propriétés mécaniques entre les grains et les joints de grains, plus durs en raison de leur forte concentration en particules. Enfin, des nanocomposites métalliques à changement de phase sont élaborés en dispersant dans l’aluminium les particules Bi@SiO2 préalablement synthétisées. L’étude par microscopie électronique de l’interface particules/matrice met en évidence les mécanismes d’incorporation. La coquille de silice protège partiellement les particules de bismuth de la coalescence lors du traitement ultrasons, permettant un abaissement de leur point de fusion. Grâce à cette méthode, nous pourrions élargir la plage de température de transition pour obtenir une absorption progressive de la chaleur avec l'augmentation de la température des batteries.