Remarques sur les modèles de restauration dans l'aluminium

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Submitted on 1 Jan 1968

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Remarques sur les modèles de restauration dans l’aluminium

D. Schumacher

To cite this version:

D. Schumacher. Remarques sur les modèles de restauration dans l’aluminium. Journal de Physique,

1968, 29 (5-6), pp.480-482. �10.1051/jphys:01968002905-6048000�. �jpa-00206675�

480.

REMARQUES

^{SUR LES}

^MODÈLES

^DE

RESTAURATION

DANS

L’ALUMINIUM

Par D.

SCHUMACHER,

Département ^de Métallurgie, ^Centre d’Études Nucléaires, ^Grenoble.

(Reçu

le 22 dicembye

1967.)

Résumé. - On fait le

point

^de la situation actuelle de la discussion des modèles de restau- ration dans l’aluminium. En

particulier,

^{on discute la nature} des défauts

ponctuels qui migrent

dans le stade III.

Abstract. ²⁰¹⁴ The various

arguments presented

ⁱⁿ the discussion of recovery models for aluminium are

critically

reviewed. Particular attention is focused ^on the nature of the

point

^{defects which are mobile in}

stage

^III.

LE JOURNAL ^DE PHYSIQUE ^Tomu 29, MAI-JUIN 1968,

Bien que la restauration de l’aluminium

apres irradiation,

deformation et

trempe

soit relativement

simple

par

rapport

^{a celle des autres}

m6taux,

^deux

modeles

s’opposent

^{encore. L’un}

explique

^{le stade III}

dans l’aluminium irradie

(ou écroui)

par la

migration

des defauts lacunaires

(impliquant

que les interstitiels

migrent

dans le stade I

[1-4]).

^L’autre

sugg6re

pour

ce stade F annihilation des lacunes immobiles _par la

migration

des interstitiels

[5-6]. Quelques

^nouvelles

6tudes dans la litt6rature

proposent qu’a

la fois les interstitiels et les lacunes deviennent mobiles dans le stade III

[7-10].

^{Dans cette} note, ^nous r6sumons et

discutons les divers

arguments.

D’après

^les

experiences

^de

trempe,

^il

n’y

^{a aucun}

doute que les monolacunes ^sont mobiles a des

temp6-

ratures

correspondant

^a la deuxieme

partie

^du

stade III

[11].

^La

migration

des d6fauts lacunaires

est aussi

sugg6r6e

par les observations des interactions

entre lacunes et

impuret6s

^{dans les}

alliages

^dilu6s

[1, 10-13].

^{Il est vrai} que la ^somme des

energies

^de

migration (EM)

^et de formation

(Ei )

^{d’une mono-}

lacune

(voir

^tableau

I)

^est inferieure a

1’energie

d’autodiffusion

Q,(1,48

^eV

[14])

^de

quelques

^centi6mes

d’eV,

mais ceci n’est _pas

inqui6tant :

^au

voisinage

du

point

^de

fusion,

les bilacunes

peuvent

^{fournir une} contribution a

l’autodiffusion,

contribution

qui

aug- mente

apparemment Q

par rapport ^{a la somme}

E1F + EM1 [15].

Il n’est

cependant

pas

possible d’expliquer

^{tous les}

ph6nom6nes

^{du stade} III par ^une

migration

^des

monolacunes seules. Les valeurs donnees _pour

E¥

^sont

en moyenne

plus grandes

que celles trouv6es dans le

TABLEAU I

RNERGIES

D’ACTIVATION DE LA RESTAURATION DANS L’ALUMINIUM

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01968002905-6048000

481

stade III

apres

irradiation

(voir

^tableau

I).

^{En outre,}

les

experiences

d’irradiation

impliquent

^{des concen-}

trations en d6fauts

ponctuels

^tres

^6lev6es,

^{de sorte que}

la

gu6rison

^s’ensuit par des interactions entre d6fauts.

Envisageons

^un

systeme

de d6fauts lacunaires. ^Les

experiences

^de

trempe

^{nous montrent}

[11] qu’un

^tel

systeme (monolacune, ^bilacune, etc.)

^est

gu6ri g6n6-

ralement en deux stades.

L’6nergie

d’activation dans le

premier

^stade

(qui

^{coincide en}

partie

^{avec le stade}

III) depend

de la concentration des d6fauts : a haute concentration

(de

l’ordre de

quelque 10-4)

^{et a basse}

concentration

(environ

^{10-5 ou}

moins),

^{on a mesure}

1’energie

^de

migration

des monolacunes. A des concen-

trations

intermédiaires,

^on observe des

energies

^d’acti-

vation tres faibles

(0,3-0,5 eV),

^ce

qui

^{est un}

pheno-

mene assez

general

^dans

plusieurs

m6taux c.f.c.

[16].

La

gu6rison

^{dans ce}

premier

^{stade est effectu6e} par la

germination

^{et la} croissance des amas de

lacunes, qui

ne

gu6rissent qu’au-dessus

du stade III.

Rappelons

^en

outre que

1’energie

^de

migration

des bilacunes

[17-18]

est inferieure aux valeurs trouv6es dans le stade III.

Par contre, ^{dans le cas de}

l’irradiation, l’énergie

d’activation est constante dans tout le stade

III, lorsque

la concentration en d6fauts varie de

plus

^de

deux ordres de

grandeur [8].

^La

gu6rison

^{ne conduit}

pas a la formation d’amas. Les variations relatives de la

longueur

^{et du}

parametre

^sont

6gales

^{dans le}

stade

III,

c’est-a-dire _que les concentrations des d6fauts lacunaires et interstitiels demeurent

toujours 6gales

^{au cours} de la restauration

[19].

^De

plus,

^le

rapport

^de

1’energie

^{lib6r6e a} la r6sistivit6 restaur6e

ne varie pas du stade ^{I au} stade III

[20].

^{Ces faits}

expérimentaux suggerent

fortement que, dans le stade III de l’aluminium

irradi6,

^{il ne}

s’agit

^{pas seu-}

lement d’une annihilation des

lacunes,

mais aussi des d6fauts interstitiels.

Si

plusieurs

d6fauts lacunaires

(monolacunes,

^bi-

lacunes, etc.) migraient

^{vers des amas immobiles}

d’interstitiels dans le stade III

[1],

^on

s’attendrait,

comme pour ^un tel

systeme

^sans interstitiels

(voir ci-dessus),

^{a ce} que

1’energie

d’activation

d6pende

^de

la concentration des d6fauts. Ceci n’est pas trouve dans les

experiences.

^De

plus,

^nous

signalons qu’un

processus de restauration

impliquant

^{des amas d’in-}

terstitiels serait

inapplicable

^{dans le cas} d’irradiation

aux

electrons,

^ou la formation des amas est peu pro-

bable,

^{mais ou les}

ph6nom6nes

de restauration dans le stade III sont tres

proches

^{de ceux} que l’on observe dans l’aluminium irradi6 aux neutrons

(1).

^En

fait,

ces ressemblances

suggerent

que le mono-interstitiel soit

en

jeu

dans le stade III.

Rappelons

^d’autres arguments ^en faveur d’une _par-

(1)

^Nous remarquons que,

d’apres

^{de nouvelles}

exp6-

riences d’irradiation aux electrons

[21-22], l’énergie

^d’acti-

vation dans le stade III est

6gale

^{a celle} trouvee dans le

cas de l’irradiation aux neutrons, ^ce

qui

discredite 1’an- cienne valeur de Sosin et Rachal

[6] (voir

^tableau

I).

ticipation

d’interstitiels dans le stade III. Budin ^et Lucasson

[21]

^{ont montre}

qu’une

irradiation aux

electrons modifie la restauration d’un 6chantillon

trempe

^d’une

faqon

telle que l’on ^ne peut pas

1’expli-

quer seulement par des d6fauts lacunaires. Un

pheno-

mene

plus

^{evident est} la restauration du durcissement de l’aluminium irradi6 aux neutrons et aux elec-

trons. Le durcissement _par irradiation est associe a

un d6faut de

sym6trie quadratique,

^{tel que} l’interstitiel dissoci6

[23],

^{et se}

gu6rit completement

^{dans le}

stade III

[23-25].

^Donc ces mesures

m6caniques

^n’in-

diquent

^{pas non}

plus

1’existence d’amas

importants

d’interstitiels ou de lacunes dans le stade III. En

fait,

^Frank

[26]

^{a montre} que la restauration du dur- cissement dans ce stade

peut s’expliquer

^d’une

façon quantitative

par ^une interaction

élastique

^a

petite

distance ^entre des interstitiels dissoci6s et des dislo- cations

qui

passent

pres

des interstitiels. 11 est d’ailleurs bien connu que monolacunes ^et bilacunes ^ne

produi-

sent

qu’un

durcissement

beaucoup plus

^faible que celui observe dans le cas de l’irradiation. La

migration

de deux types de d6fauts dans le stade III a ete mise

en evidence aussi par

Hutchison, qui

^{a 6tudi6}

1’ancrage

et le

d6sancrage

des dislocations dans l’aluminium irradie _par I’att6nuation d’ultrasons

[7].

Nous insistons sur le fait _que, dans le stade III des

alliages dilu6s,

les interactions entre les d6fauts cr66s par l’irradiation et les atomes

etrangers suggerent

seulement la

presence

de d6fauts de

type lacunaire,

ce

qui

^est

deja prouve

par des

experiences

^de

trempe

dans de l’aluminium _pur. Cela n’exclut _pas la

presence

de d6fauts de type interstitiel dans ce stade

[12].

Horak

[13],

par

exemple,

^a

compare

^la

position

^du

stade III en

temperature

pour

l’alliage Al-5,

²⁷

%

^Zn

trempe depuis

^{282 °C et} pour le meme

alliage trempe depuis

^{282 °C et} irradi6 ensuite a

4,5

OK par des

neutrons

(2

^{X 1017}

nlcm2) .

^{Le stade III est observe a}

280 oK dans le

premier

^{cas et a 260 oR dans le}

deuxieme cas. Si l’on

explique

^ce

deplacement

par I’acc6l6ration de la

precipitation

du zinc due a

1’aug-

mentation de la concentration de

lacunes,

^{il faut}

supposer que, dans

l’alliage trempe

^et

^irradi6,

^cette

concentration est 10 fois

sup6rieure

^{a celle de}

l’alliage uniquement trempe.

^En

fait,

^{elle est}

sup6rieure

^{de deux}

ordres de

grandeur.

^{Horak n’a}

cependant

pas

envisage

la

possibilite

^d’un

deplacement

^{dont la cause serait}

une difference des _processus intervenant

pendant

^la

restauration

apres trempe

^d’une part ^et

apres

^irradia-

tion

plus

trempe ^d’autre

part,

^{comme cela a ete fait} dans les

experiences

^{de Budin et Lucasson}

[21].

La discussion

presente

^montre que, dans le

pass6,

^le

fait d’admettre la

migration

^{d’un seul}

type

^{de d6faut} dans un certain intervalle de

temperature

^{a rendu}

difficile

l’interpr6tation

^de la restauration de 1’alu- minium. Nous venons de voir _que ceci n’est

pas justifie

a

priori. Quant

^a la nomenclature des stades de

recuit,

il

faut,

^{dans le cas de}

l’aluminium, parler

^d’une

superposition partielle

^{du stade III et} du stade IV.

Ces stades sont normalement bien

s6par6s

^{dans les}

482

m6taux c.f.c.

(sauf

^{dans l’or et}

justement

dans 1’alu-

minium)

^{et 6taient}

indépendamment

^{attribués a la}

migration

des interstitiels et des lacunes. De cette

mani6re,

^on peut donc maintenir l’uniformit6 des

ph6nom6nes

de restauration et leur

interpretation

^dans

les m6taux c.f.c.

Jusqu’ici,

nous avons discute essentiellement les

ph6nom6nes

de la restauration dans le stade III.

Cette discussion a montre

qu’une interpretation

^de

ce stade par des d6fauts de

type

lacunaire seul semble

assez

difficile,

^ce

qui sugg6re

l’intervention des inter- stitiels

egalement

^au stade III. Ceci ne rend _pas

plus

difficile

l’interpr6tation

^{des stades I et}

II,

^{si l’on}

admet

qu’un

^deuxieme

type d’interstitiel,

^de

g6o-

métrie differente

(comme

^le

crowdion),

^{est mobile}

dans le stade

1. [6, 9, 27, 28, 29].

^{En ce}

qui

^concerne

l’interpr6tation

^{du stade}

III,

^{il est} de moindre

impor-

tance de savoir si les interstitiels

migrant

^{dans le}

stade III sont cr66s directement

pendant

^l’irradia-

tion

[6, 27]

^{ou s’ils sont cr66s} indirectement _par

une conversion

(transformation)

des crowdions au

cours de leur

migration

^{dans le stade}

I E [9, 28].

Quant

^{a la} restauration

apres déformation

^{à basse}

temperature, plusieurs

^auteurs

[2, 3]

^{ont mis en 6vi-}

dence une

cin6tique

de la forme c ⁼ _{co exp}

(- AtO,-5)

dans le stade

III,

^ce

qui correspond

^aux resultats de

Wintenberger [30]

^sur des 6chantillons

tremp6s

^et

faiblement déformés. Cette

cin6tique,

bien diff6rente de celle trouv6e dans le cas de

l’irradiation,

^{a souvent}

ete consid6r6e comme excluant une contribution des interstitiels au stade

III,

^sans

justification positive.

En apparence,

apres

^forte

deformation,

^{1’action des}

dislocations en tant que

puits

^{modifie ou bien} masque la

cin6tique

du deuxi6me

ordre,

ordre attendu _pour

une

gu6rison

mutuelle des interstitiels et des lacunes.

De

plus,

^on

peut

s’attendre a des deviations au

deuxieme ordre du fait que, par

deformation,

^une

grande partie

des d6fauts

ponctuels

^{sont cr66s en}

chaines,

^chaines

qui

^{semblent se}

r6arranger

^{ou se}

dissocier localement au-dessous du stade III

[31].

Ces

rearrangements pourraient

^{continuer a se}

produire

dans le stade III.

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