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Lieu ENS Paris-Saclay, Amphi 1Z14
High-Temperature Scanning Indentation: using rapid in-situ nanoindentation to characterize materials’ behaviors during heating
La méthode dite de « High-Temperature Scanning Indentation » (HTSI) est basée sur un cycle d'indentation d'une seconde, appliqué tout au long d'un cycle thermique. Elle permet une caractérisation rapide du module d'Young, de la dureté et des propriétés de fluage du matériau sur toute la gamme de température étudiée. Grâce aux changements de ces propriétés en température, il est possible d’étudier les modifications des matériaux. Je propose ici de me concentrer sur deux applications : la quantification du mécanisme de restauration de métaux purs modèles et la caractérisation des changements physiques du verre métallique déposé en film mince de ZrCu (TFMG).
L'étude d'échantillons de cuivre et d'aluminium laminés à froid a révélé que les changements de dureté induits par la température sont liés aux processus de restauration statique et de recristallisation. Une
modélisation simple de ces cinétiques donne des résultats cohérents avec les données expérimentales et bibliographiques, soulignant l'importance de l'état initial du matériau. Les mesures post-mortem d’EBSD ont corroboré ces résultats.
Dans le cas du verre métallique, les variations des propriétés mécaniques permettent de déterminer les températures de transition caractéristiques du verre (transition vitreuse, transition fragile-ductile). Les
comportements superplastiques de la zone liquide surfondue peuvent également être étudiés. Lorsque la température est suffisamment élevée, le processus de cristallisation du verre est observé. Grâce à des
expériences complémentaires de diffraction des rayons X à haute température (HT-XRD), les changements de propriétés mécaniques peuvent être liés aux mécanismes qui se déroulent pendant la cristallisation.
The High-Temperature Scanning Indentation (HTSI) is based on a one-second indentation cycle applied all along a thermal cycle. It enables rapid characterization of Young's modulus, hardness, and creep properties during temperature changes. Through the changes of those properties with temperature, one can study the modifications taking place in the materials. I propose here to focus on 2 applications: quantifying the recovery mechanism taking place in pure metals and characterizing the physical changes of ZrCu thin-film metallic glass (TFMG).
Investigating cold-rolled copper and aluminum samples revealed that temperature-induced hardness changes are linked to static recovery and recrystallization processes. Kinetic modeling aligned with experimental and literature data, emphasizing the significance of the initial state. Post-mortem Electron Back-Scattering Diffraction (EBSD) measurements corroborated the HTSI findings.
In the case of TFMG, variations in mechanical properties make it possible to determine the transition temperatures characteristic of the glass (glass transition, brittle-to-ductile transition). The superplastic behaviors of the supercooled-liquid zone can also be studied. Once the temperature is high enough, the crystallization process of the glass is observed. With complimentary High-Temperature X-ray Diffraction (HT-XRD) experiments, the changes in mechanical properties may be linked with the mechanisms taking place during the crystallization.