Identification des modes de vieillissement par diffusion d'un assemblage Nickel/Cuivre

HAL Id: hal-01960132

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01960132

Submitted on 19 Dec 2018

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci-entific research documents, whether they are pub-lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Identification des modes de vieillissement par diffusion

d’un assemblage Nickel/Cuivre

Olivier Arnould, Jean Duval, François Hild

To cite this version:

Olivier Arnould, Jean Duval, François Hild. Identification des modes de vieillissement par diffusion d’un assemblage Nickel/Cuivre. Colloque MECAMAT : Multiapproche en mécanique des matériaux, Jan 2001, Aussois, France. �hal-01960132�

Caractérisation des matériaux par microsocopie électronique

La variation des modules élastiques

dépend de l'épaisseur relative des

matériaux,

Les plus fortes vitesses de vieillissement

sont obtenues pour des temps faibles,

L'approche globale pour l'étude des

différents couplages a été validée,

Nécessité d'une étude de la diffusion pour

des températures plus proches de

l'ambiante,

Effets de la (re)cristallisation sur le

comportement mécanique et son couplage

avec la diffusion doivent être étudiés,

Le couplage mécanique diffusion reste à

développer,

Les dégradations possibles de la fonction

d'étancheité du soufflet par la mécanique

Conclusions

C a c h a n

AER

Identification d'un mode de vieillissement par diffusion

d'un assemblage nickel/cuivre

O.Arnould,

1

J.Duval

2

et F.Hild

1

1

_{LMT-Cachan, 61 av. du Président Wilson, 94235 Cachan Cedex;}

2

_{AER, 106 rue du Lieutenant Petit-Leroy, 94550 Chevilly Larue}

Correction du coefficient de

diffusion apparent D*

D* =

D

+

σ

2

/2t

D

coefficient de diffusion réel

σ

paramètre relatif au volume

d’émission des rayons X

Faisceau

d'électrons

primaires

Poire d'émission

des rayons X

0.5µm

Volume d'émission des rayons X

pour du cuivre (20keV)

Numéros atomiques des

espèces chimiques

+

Fluorescence X

+

Géométrie(s) de mesure

Principe de correction des

mesures de composition

chimique par EDS

Vue au MEB de la surface interne

20µm

Colonies de grains

5µm

20µm

Surface externe

20µm

Nickel

Cuivr

e

_Nickel

V

ue au MEB d'une section

dr

oite du soufflet

(après attaque c

himique)

Coté du mandr

in en aluminium

lors des dépôts électrolytiques

20µm

Vu

e

au

MEB

des

gr

ains

de

nic

ke

la

près

tr

aitement

ther

mique

(780°C-10min)

et

attaque

chimique

é

s

o

p

é

do

rt

c

el

é

t e

l f

f u o

S

1,5cm

Diffusion

Evolution de la composition C(x)

et de la porosité f (Effet Frenkel)

Couplages "standards"

α

(C, f,

T

)

Evolution microstrucutrale

Elasticité

D

₀

(C,

σ

)

Q(C,

σ

, T )

(Effet Gorsky)

Effet

Kirkendall

K(

C

,

f

)

Thermique

D(C,

σ

,

T

)=D

₀

e

(-Q(C,

σ

,

T

)/R

T

)

Evolution microstructurale

h(

C

,

_f

)

Couplages Mécanique-Thermique-Diffusion

Evolution des modules d'élasticité

Première étape d'homogénéisation

+

Approche

autocohérente

Diffusion

transgranulaire

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0

2

4

6

8

10 12 14

Distance (µm)

Titre en nickel

ou rapport des modules (%)

Module effectif

Module du nickel

Titre en nickel

Couche initiale de nickel

Interface Ni/Cu

initiale

Couche centrale initiale de cuivre

Grain de nickel

Cuivre au joint

de grain

Nickel au joint

de grain

Grain de cuivre

(37minutes, 700˚C)

183

185

187

189

191

193

195

0

1,3

2,6

3,9

4,2

5,5

6,8

7,1

Temps (h)

Limite commune des modules: 189 GPa

Valeur longitudinale initiale: 194 GPa

Valeur transverse initiale: 183 GPa

Module longitudinal

Module transverse

Modules élastiques effectifs (GPa)

θ = 700˚C

0

250

20

Temps (estimé) en années

θ = 20˚C

(Diffusion mesurée)

Deuxième étape d'homogénéisaton

Approche composite stratifié

Coefficient(s) de diffusion

2,5

7,5

12,5

17,5

22,5

40

60

80

100

120

Coefficient de dilatation

thermique

α

(µm/m.˚C)

Interpolation

α(θ) = 0,038.θ + 13

Température

θ (˚C)

Variation du coefficient de

dilatation du nickel

avec la température

Tôle de nickel

α(θ) = 0,01.θ + 12,5

I m a g e d e r é f é r e n c e e t

p a r a m è t r e s C o r r e l i

2 D

0,5mm

Coefficient

de

dilatation

par

intercorrélation

d'images

x 5 0 0

C h a m p d e d é p l a c e m e n t

( C o m p a r a i s o n 3 0 / 5 0 ˚ C )

Inter

corrélation

Montage expérimental

M L D

E n c e i n t e t h e r m i q u e

C a m é r a

C C D

R é g l a g e s e n p o s i t i o n

(Mesures eff

ectuées par M.

Radu)

Mesures déconvoluées

Interpolation

Effets possibles d'un gradient de contraintes ou

d'un écoulement plastique (incompatibilité des

coefficients de dilatation - Peu observé à 500˚C)

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100

Titre massique en Cuivre (%)

Coefficient de diffusion global

D

(µm

2

.s

-1

)

Mesure du coefficient de diffusion

sur échantillons spécifiques avec

la méthode de Matano (

θ =700˚C)

M

an

drin d'es

sa

i

1,5cm

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Distance (µm)

Cuivre mesuré

Nickel mesuré

Cuivre simulé

Nickel simulé

Titre massique (%)

Couche initiale

de cuivre

Anisotropie de

diffusion

Validation par comparaison

simulation numérique / essai sur soufflet