Mechanisms of plastic deformation of magnesium matrix nanocomposites

Le magnesium est le plus leger des metaux, ce qui lui confere un fort potentiel pour etre utilise dans des applications ou l’allegement des structures est requis. Pour autant, sa resistance mecanique est tres faible, et doit donc etre augmentee afin de rivaliser avec d’autres metaux legers tels que l’aluminium ou le titane. Une solution consiste a renforcer le magnesium et ses alliages en introduisant des nanoparticules d’oxydes. De par sa structure cristalline hexagonale compacte, le magnesium presente des proprietes plastiques complexes telles qu’une tres forte anisotropie plastique et une predisposition au maclage. La comprehension de ces mecanismes de deformation est essentielle pour le developpement de nanocomposites plus performants en vue d’une utilisation industrielle plus repandue. Dans ce travail, nous nous sommes interesses a l'elaboration et a la caracterisation de nanocomposites de magnesium pur renforces par des particules d’oxydes. Differentes techniques ont ete testees pour l’elaboration des nanocomposites : la solidification assistee aux ultrasons et le procede de friction malaxage. L’homogeneite de la dispersion des particules a ete verifiee en 2D par observations en microscopie electronique et egalement en 3D par tomographie aux rayons X. On montre ainsi que le procede de friction malaxage permet d'obtenir une distribution homogene des particules, tout en reduisant leur taille. Des essais de traction ont permis de mettre en evidence une augmentation de la limite d’elasticite pour une fraction volumique aussi faible que 0.3 %. Afin d’isoler le role des particules de celui des joints de grains sur le comportement plastique du nanocomposite, nous avons realise des essais de micro-compression sur des micro-piliers monocristallins usines par canon a ions focalises (FIB) dans des echantillons ayant prealablement subis un traitement thermique favorisant la croissance anormale des grains. Differentes orientations cristallines et tailles de micro-piliers ont ete testees en vue d'etudier l’influence des particules d’une part sur la plasticite dans le plan basal par mouvement de dislocations et d’autre part sur la deformation par maclage. Contre toute attente, les essais sur monocristaux favorablement orientes pour un glissement basal ne montrent pas l’effet durcissant observe macroscopiquement. Nous attribuons cet effet a la densite initiale de dislocations mobiles, plus importante dans les nanocomposites que dans le magnesium pur, du fait des concentrations de contraintes autour des particules. Ces densites initiales de dislocations mobiles tendent egalement a supprimer l'effet de taille classiquement observe dans le magnesium pur. Les particules modifient egalement le mecanisme de deformation par maclage en favorisant l’apparition simultanee de plusieurs macles dans le micro-pilier qui interagissent entre elles au cours de la deformation alors que les micro-piliers de magnesium pur presentent generalement une macle unique (dans certains cas deux) qui envahi tout le monocristal. Ces resultats constituent une contribution originale a la comprehension du role des nanoparticules dans la deformation plastique des monocristaux de nanocomposites a base de magnesium.