Effet super-réseau et endommagement dans les revêtements multicouches : vers la détermination de propriétés mécaniques par approche éléments finis et atomistique (DFT).

Superlattice effect and damage in multilayer coatings: towards the determination of mechanical properties using a finite element and atomistic (DFT) approach.

• Auteur / Autrice : Olivier Estienne
• Direction : Fabrice Richard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Département Mécanique Appliquée
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)

Mots clés

Mots clés libres

Effet super-réseau

Éléments finis

Dft

Superlattice effect

Dft

Finite element method

Résumé

Les objectifs de cette thèse sont d'établir une relation entre la perte d'intégrité d'un revêtement multicouche TiAl/TiAlN et les matériaux utilisés pour sa fabrication. Il s'agira dans un premier temps et via un plan d'expérience de simulations atomistiques, de déterminer la structure atomique de l'interface la plus stable entre une couche TiAl et une couche TiAlN. Ensuite on cherchera à construire un modèle éléments finis capable de reproduire l'apparition de bandes de cisaillement sous essai d'indentation. On veillera à déterminer les charges critiques de nucléation de ces bandes de cisaillement et à les relier, par l'intermédiaire d'une étude de sensibilité, aux paramètres matériaux utilisés dans les lois de comportement, particulièrement aux paramètres pilotant l'endommagement. On cherchera par la suite un empilement optimal afin de retarder l'apparition des bandes de cisaillement tout en conservant une ténacité intrinsèque du revêtement raisonnable.

The objectives of this thesis are to establish a relationship between the loss of integrity of a TiAl/TiAlN multilayer coating and the materials used in its manufacture. The first step will be to determine the atomic structure of the most stable interface between a TiAl layer and a TiAlN layer, using an experimental plan of atomistic simulations. We will then seek to build a finite element model capable of reproducing the appearance of shear bands under indentation testing. The critical loads for the nucleation of these shear bands will be determined and linked, by means of a sensitivity study, to the material parameters used in the behaviour laws, particularly the parameters controlling damage. An optimal stacking will then be sought in order to delay the onset of shear bands while maintaining a reasonable intrinsic toughness of the coating.