Thèse soutenue

Modélisation à l'échelle atomique de la diffusion dans les alliages concentrés
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Pamela Camilos
Direction : Maylise NastarThomas Schuler
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 22/11/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Service de recherches de métallurgie physique (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 201X-2023)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Jury : Président / Présidente : Sergiy V. Divinski
Examinateurs / Examinatrices : Ludovic Thuinet, Enrique Martinez-Saez, Céline Varvenne, Philippe Maugis
Rapporteurs / Rapporteuses : Ludovic Thuinet, Enrique Martinez-Saez

Résumé

FR  |  
EN

L'objectif de cette thèse est d'étudier la diffusion dans les alliages concentrés à l'aide de modèles à l'échelle atomique. Notre travail se divise en deux grandes parties. Dans la première étude, nous avons modélisé l'interdiffusion dans des multicouches nanométriques Fe/Cr à l'aide d'un modèle Monte Carlo cinétique à l'échelle atomique (AKMC) développé précédemment, et nous avons simulé leurs profils de diffraction de rayons X (DRX). Nous avons comparé les profils de concentration et les épaisseurs de couches aux mesures expérimentales obtenues par nos collaborateurs. Nous avons constaté que le modèle AKMC reproduit l'interdiffusion dans la région riche en Fe et aux interfaces à 500°C avec un accord satisfaisant avec les résultats expérimentaux. Les profils DRX étaient en bon accord qualitatif avec les profils expérimentaux, malgré le fait que les profils DRX expérimentaux décroient globalement plus rapidement, à 450°C et 500°C, en particulier au début du recuit. Nous avons constaté qu'une analyse des profils DRX basée sur l'interférence des rayons X nous permet d'identifier la partie de la multicouche qui affecte principalement chaque satellite DRX. En raison de l'asymétrie de diffusion, la décroissance du logarithme des intensités des satellites DRX est linéaire pendant un intervalle de temps spécifique et avec un taux de décroissance différent pour chaque satellite. Nous avons pu séparer l'évolution de la multicouche en différents régimes cinétiques, chacun attribué à l'interdiffusion dans une région spécifique de la multicouche, et extraire à partir des simulations et des expériences, des coefficients d'interdiffusion à 450°C et 500°C, et à différentes valeurs de concentration: région riche en Cr, région riche en Fe, aux interfaces, et à des concentrations proches des limites de solubilité. Les valeurs obtenues à 500°C sont en accord satisfaisant avec les valeurs calculées par une méthode d'atténuation d'ondes. Les observations expérimentales ont montré la présence de dislocations misfit ainsi qu'une possibilité de croissance partiellement cohérente des multicouches. Pour une étude plus complète, nous devons prendre en compte dans nos simulations la présence de dislocations et les propriétés élastiques de l'alliage. Cela peut en outre aider à faire le lien entre la mobilité de l'interface, les distances interplaires et l'interdiffusion. Dans la deuxième étude, nous avons développé un modèle à l'échelle atomique pour la diffusion dans les alliages concentrés dans un cadre plus général. Nous avons étendu la reformulation de la théorie du champ moyen auto-cohérent et le code KineCluE aux alliages concentrés, et mis en œuvre une procédure d'échantillonnage pour réduire la taille de l'espace de configuration. La procédure d'échantillonnage est basée sur le remplissage des sites de l'environnement à partir d'un réservoir d'atomes en fonction de leur composition moyenne, combiné à un algorithme de pseudo temps de résidence qui privilégie les configurations les plus stables thermodynamiquement. Notre modèle introduit une façon originale d'explorer un espace de configuration connecté. Nous avons appliqué notre modèle à des alliages binaires avec différentes énergies d'ordre. Dans les alliages sans interactions, nous avons trouvé un bon accord avec les résultats de la littérature lorsque les fréquences de saut des différentes espèces atomiques sont du même ordre de grandeur. Dans les alliages où les interactions thermodynamiques sont non nulles, avec une tendance à l'ordre ou à la démixion, nous avons trouvé un bon accord avec les simulations AKMC pour les faibles valeurs absolues d'énergies d'ordre. L'implémentation actuelle de notre modèle ne peut pas être utilisée pour étudier avec précision la diffusion dans les alliages qui présentent un ordre à longue distance important, et une étude plus approfondie devra être menée pour optimiser la procédure d'échantillonnage et pour appliquer notre modèle à des alliages plus réalistes.