Comment les microstructures de croissance composite irrégulières deviennent régulières : une dynamique de couplage
La transition morphologique des microstructures de solidification désordonnées ou irrégulières vers des formes régulières dans les alliages eutectiques partiellement facettés est un phénomène important en métallurgie des alliages industriels (par exemple à base d’aluminium). Pour une meilleure compréhension des mécanismes physiques sous-jacents, des expériences de solidification in situ avec suivi en temps réel des structures de croissance biphasées ont été menée à l’INSP (microscopie optique) et à l’Université du Michigan (nano-radio-tomographie à rayons X synchrotron, Brookhaven National Laboratory), en prenant l’eutectique Al-Al3Ni comme système modèle. Le résultat montre une évolution qualitative, en augmentant la vitesse de solidification, d’une croissance découplée irrégulière des cristaux facettés de l’intermétallique Al3Ni vers une croissance couplée, contrôlée par diffusion, généralement associée aux eutectiques non-facettés, conduisant à la formation de microstructures fibreuses régulières. Cette étude expérimentale, qui sera complétée par une analyse théorique basée sur des simulations numériques, contribue à un renouvellement profond, en des termes généraux, de notre approche scientifique de la croissance composite facettée, ouvrant aussi la voie à une meilleure maîtrise des microstructures dans une vaste gamme de matériaux.
Référence
From irregular to regular eutectic growth in the Al-Al3Ni system: In situ observations during directional solidification
Paul Chao, Shanmukha Kiran Aramanda, Xianghui Xiao, Sabine Bottin-Rousseau, Silvère Akamatsu, Ashwin J. Shahani
Acta Materialia, Volume 280, 2024,120314
Figure : Images en temps réel de structures de croissance eutectique composite à l’interface solide-liquide en solidification directionnelle d’échantillons minces (10 à 50 µm d’épaisseur) d’Al-Al3Ni. La croissance se fait à vitesse imposée V, verticalement, de bas en haut. Les cristaux d’Al3Ni apparaissent gris foncé ; le contraste entre le liquide (en haut) et l’aluminium solide est faible. (a) et (b) : microscopie optique in situ (lumière réfléchie). Inserts : images ex situ (MEB) de coupes (FIB) transverses du film métallique. (c) et (d) : nano-radiographie in situ par rayons X synchrotron (inserts : coupes ex situ par nano-tomographie X). Barres dans les inserts : 10 µm. Les images illustrent la transition morphologique de microstructures irrégulières (croissance découplée) à faible vitesse de solidification (V = 0.5 µm/s) en (a) et (c), vers des structures (quasi) régulières (croissance couplée) à des valeurs de V plus élevées (5—10 µm/s) en (b) et (d).
