Développement et caractérisation d'assemblages sans colle PEKK/Magnésium élaborés par frittage flash

Development and mechanical characterization of adhesive-free PEKK/Magnesium multilayers elaborated by Spark Plasma Sintering

• Auteur / Autrice : Anthony Heyer
• Direction : Christophe Czarnota, Anthony Bracq
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 26/04/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : C2MP - CHIMIE MECANIQUE MATERIAUX PHYSIQUE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEM3 - Laboratoire d Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : DEPARTEMENT 1 : Mécanique des Matériaux, des Structures et du Vivant (MMSV)

Mots clés

Mots clés libres

Frittage SPS

Pekk

Hybrides Polymère-métal

Surfaces fonctionnelles

Caractérisation interface

Adhesion

Functional surfaces

Polymer-Metal Hybrids

Interface characterisation

SPS sintering

Pekk

Adhesion

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est de proposer une solution d'assemblage multi-matériaux (Polymère/métal) alternative au collage structural dans le contexte d'allègement de structures. Pour ce faire, une procédure d'assemblage bi-couches polymère/métal par frittage SPS devra être développée. Une méthode expérimentale pertinente de caractérisation de la tenue des interfaces sera mise en place en considérant les limites géométriques des échantillons, inhérentes au procédé d'élaboration. Diverses conditions de chargement devront être considérées, notamment en vitesse de déformation et en température. Ce travail de caractérisation des interfaces mènera à la comparaison des performances des bi-couches produits sans colle avec une solution assemblée à l'aide d'une colle structurale époxy bi-composante de référence. Etant données les conditions de service auxquelles sont soumis les structures, l'influence des effets du vieillissement accéléré en température et hygrométrie sur la tenue des assemblages avec et sans colle pourra être également investiguée. En parallèle, les matériaux utilisés et produits durant ce projet seront caractérisés indépendamment, et ce dans le but d'identifier leur comportement mécanique en fonction de la vitesse de déformation, de la température et de l'état de contrainte. Une attention particulière sera portée à la tenue des polymères frittés à l'aide la technologie SPS et à l'influence des paramètres process sur ses propriétés. Finalement, les travaux de caractérisation mécanique devront mener à l'identification des lois matériaux et d'interfaces capables de modéliser le comportement mécanique des bi-couches (polymère/métal) à l'aide d'un code de calcul numérique par éléments finis (par exemple : ABAQUS/Explicit®).

The main objective of this thesis is to propose an alternative multi-material (polymer/metal) joining solution to structural adhesives in the context of structural lightening. To this end, a bi-layer polymer/metal joining procedure by means of SPS sintering will be developed. An experimental method for characterising the strength of the interfaces will be established, taking into account the geometry of the samples, inherent to the development process. Various loading conditions will have to be considered, notably in terms of strain rate and temperature. This work will lead to a comparison of the performances between the adhesive-free bi-layer assemblies and a reference solution joined with an epoxy structural adhesive. The influence of accelerated ageing on the performance of the assemblies with different temperature and hygrometry conditions will also be investigated. In parallel, the materials used and produced during this project will be characterised independently, with the aim of identifying their mechanical behaviour as a function of strain rate, temperature and stress state. Particular attention will be paid to the performances of SPS sintered polymers and the influence of process parameters on their properties. Finally, this thorough mechanical characterisation will lead to the identification of material and interface laws. This will allow the modelling of the mechanical behaviour of the bi-layer (polymer/metal) assemblies using a numerical finite element code.