Etude de l'interdiffusion et de l'effet Kirkendall dans les alliages métalliques à base de nickel

L’objectif de ces travaux de thèse est d’améliorer nos connaissances sur les phénomènes d’interdiffusion dans les alliages métalliques en apportant des données quantitatives sur les phénomènes engendrés par l’effet Kirkendall (porosité, déformation) et dans un second temps à étudier l’effet de contraintes externes sur la diffusion. L’étude expérimentale, effectuée sur des alliages modèles d’un système à fort effet Kirkendall, Ni-Cr-Si, a consisté à analyser différents couples de diffusion à 1200°C. Ceux-ci ont été analysées quantitativement par le biais de différentes techniques de caractérisation (microscopies, tomographie X, corrélation d’images). Tous les résultats expérimentaux ont pu être comparés à des simulations 1D modélisant l’interdiffusion en prenant en compte explicitement les lacunes et leurs cinétiques d’élimination sur deux types de puits : dislocations et pores. L’étude a montré que la germination des pores n’est pas favorisée aux joints de grains et que l’annihilation des lacunes par la croissance de pores est un mécanisme plus efficace que par les montées de dislocations, que ces dernières soient situées en volume ou aux joints de grains. Les profils de concentration, la fraction volumique et la distribution des pores sont insensibles à la taille de grains à 1200°C. Les mesures de déformation par corrélation d’images sur la surface de couples de diffusion ont permis de montrer que la diffusion engendre des champs de déformation locaux selon la direction de diffusion et que la déformation est inexistante ou négligeable dans la direction normale à cet axe. La confrontation des résultats expérimentaux et des simulations a permis d’ajuster les paramètres liés à la force des puits dans la modélisation, pour les dislocations à l’aide des mesures de déformations et pour les pores à l’aide des mesures de porosité. Compte tenu des ordres de grandeurs attendus pour les densités de dislocations dans les alliages étudiés, les résultats suggèrent que seule la montée d’une partie des dislocations est activée lors de l’interdiffusion, en accord avec certains modèles de la littérature. Il est ainsi possible de relier la force des puits par montée de dislocations avec la description de la population de dislocations. En revanche, il n’a pas été possible d’établir de lien entre la force des puits par croissance de la porosité et une propriété du matériau considéré dans la modélisation. Enfin, l’étude de l’effet des contraintes externes de 25 MPa en compression uniaxiale (fluage) et de 326 MPa de pression hydrostatique sur la diffusivité a permis de montrer que les variations des coefficients d’interdiffusion existent mais qu’elles sont négligeables devant les incertitudes sur les valeurs des coefficients d’interdiffusion