Développement de l'alliage à haute entropie Al0,3CoCrFeNi par frittage Spark Plasma Sintering et Fusion Laser sur Lit de Poudre

Abstract

Les alliages à haute entropie (HEAs) et autres alliages concentrés complexes (CCAs) sont une nouvelle branche de la famille des matériaux métalliques. Contrairement aux alliages traditionnels constitués d’un élément de base et d’éléments secondaires en faible proportion, les HEAs/CCAs possèdent une base hybride composée d’un mélange concentré de plusieurs éléments principaux. L’alliage Al0,3CoCrFeNi est un des HEAs/CCAs les plus étudiés dans la littérature en raison de ses performances mécaniques élevées. A l’aide de traitements thermomécaniques adaptés, des variations microstructurales de cet alliage ont pu être contrôlées et permettent d’obtenir une large gamme de propriétés mécaniques.Les travaux menés dans cette thèse étudient la possibilité d’utiliser des procédés de fabrication innovants issus de la métallurgie des poudres sur cet alliage prometteur. A partir d’une même poudre pré-alliée d’Al0,3CoCrFeNi, obtenue par atomisation au gaz, deux voies de mise en forme différentes sont explorées. La première résulte d’un chemin de transformation en voie solide, réalisée par frittage Spark Plasma Sintering (SPS). La seconde, en voie liquide, met en oeuvre la fabrication additive par Fusion Laser sur Lit de Poudre (FLLP). Ces deux procédés permettent une bonne densification de l’alliage Al0,3CoCrFeNi. Les analyses effectuées par Diffraction des rayons X (DRX), Microscopie Electronique à Balayage (MEB), Microscopie Electronique en Transmission (MET) et Sonde Atomique Tomographique (SAT) permettent d’identifier les variations des caractéristiques microstructurales de l’alliage Al0,3CoCrFeNi.En fonction des procédés de fabrication utilisés des microstructures différentes sont observées. En SPS, l’alliage obtenu post-fabrication possède une microstructure équiaxe, isotrope aux grains fins. En FLLP, la microstructure hiérarchisée est composée de grains colonnaires, de cellules de solidification, d’une importante quantité de dislocations, de ‘clusters’, et d’une texture de fibre <110> alignée avec la direction de fabrication. Un contrôle de la microstructure est rendu possible selon les paramètres de fabrication sélectionnés. La limite d’élasticité est augmentée de 65% en SPS et 165% en FLLP tout en conservant une bonne ductilité, par rapport au même alliage obtenu par fusion à l’arc.Les traitements thermiques post-fabrication favorisent la formation de secondes phases améliorant les propriétés mécaniques en traction de l’alliage.Ces nouveaux procédés de fabrication pour l’alliage Al0,3CoCrFeNi laissent entrevoir de nombreuses perspectives pour de futures utilisations des HEAs/CCAs, et en particulier pour la réalisation de pièces complexes.