Étude numérique de la diffusion des défauts ponctuels dans les alliages de nickel

Grâce à sa grande polyvalence , le nickel est très utilisé en industrie sous forme pure ou plus fréquemment en alliages. Ces métaux possèdent plusieurs bonnes caractéristiques physiques telles que la grande solidité mécanique, la faible expansion à haute température ainsi que la résistance à la corrosion impliquant une utilisation intensive dans plusieurs domaines industriels tels que l’aérospatial, la construction des voitures, les tubes conducteurs dans les centrales nucléaires et même pour des composants électroniques. L’étude de la diffusion des défauts ponctuels dans les alliages à base de nickel est en pleine e ervescence, et ce puisque ça a ecte directement leurs propriétés bénéfiques. Dans cette thèse, nous décrivons en détail la cinétique de ces défauts dans le nickel et ses alliages en utilisant la méthode ART cinétique qui est une méthode Monte Carlo cinétique hors réseau avec construction du catalogue à la volée. Nous décrivons en détail la surface d’énergie potentielle pour ces défauts dans le nickel pur. Nos résultats montrent des mécanismes de diffusion complexes même pour des défauts aussi simples que des petits amas lacunaires ou d’interstitiels. Nous avons aussi étudié des alliages ordonnés de nickel avec une lacune et interstitiel ce qui nous a permis de comprendre que ses défauts peuvent entrainer une évolution structurelle de tels alliages les poussant ainsi vers une phase désordonnée. Nous avons également examiné la diffusion des lacunes dans l’alliage NiFe ce qui nous a permis d’explorer le comportement diffusif exact de ce défaut dépendamment de la composition chimique de son entourage immédiat de ses premiers voisins. Thanks to its great versatility, nickel is widely used in industry in pure form or more frequently in alloys. These metals have several good physical characteristics such as high mechanical strength, low expansion at high temperature and corrosion resistance involving intensive use in several industrial fields such as aerospacial, car construction, conductive tubes in nuclear power plants and even for electronic components. The study of point defects diffusion in nickel-based alloys is in increase and this since it directly affects their beneficial properties. In this thesis, we describe in detail the kinetics of these defects in nickel and its alloys using the kinetic ART method which is an off-lattice kinetic Monte Carlo method with on-the-fly catalog building. We describe in detail the energy landscape for these defects in pure nickel. Our results show complex diffusion mechanisms even for defects as simple as vacancy aggregates or interstitials. We also studied nickel alloys with a vacancy and interstitial defects, which allows us to find that these defects can cause a structural evolution of such alloys thus pushing them to a disordered phase. We also examine the diffusion of the vacancy in the NiFe alloy which allows us to explore the exact diffusive behavior of this defect depending on the chemical composition of its immediate surroundings of its first neighbors.

Keyphrases: Défauts ponctuels, Diffusion, Monte-Carlo cinétique, Nickel, Alliages, Diffusion, Nickel, Point defects, Kinetic Monte Carlo, Alloys