Groupe de travail M�camat :� Interfaces dans les milieux solides ������������������������������������������������������������������������

 

Compte rendu de la journ�e M�camat

Rupture dans les couches minces

 

Lundi 14 Janvier 2002

ONERA

29, avenue de la Division Leclerc

92322 Chatillon Cedex

Salle ISP, 7i�me �tage A-07-E6

 

 

 

Le th�me de cette journ�e �tait d�di� � la rupture des couches minces. Tant les aspects exp�rimentaux que la mod�lisation de la rupture ont �t� abord�s. Afin d�alimenter les mod�les, certains intervenants ont pr�sent�s des travaux concernant l�identification des param�tres intrins�ques aux couches (propri�t�s �lastiques, etc �)

 

C. Marais (ONERA/DMSC, Chatillon) Fissuration de composites carbone/BMI induite par thermo-oxydation.

C. Marais a pr�sent� une �tude concernant le comportement � long terme des CMO. Des r�sultats exp�rimentaux montrant l��volution de l�endommagement en fonction des conditions de sollicitation et d�oxydation de ces composites, mais aussi de la matrice non renforc�e, ont �t� analys�s. Une sc�nario expliquant l�apparition de ces m�canismes a �t� propos�. L�intervention s�est achev�e par l��tude d�un mod�le chimiquepr�voyant la consommation d�oxyg�ne et la croissance de la couche d�oxyde.

 

B. Audoin (LMP, Universit� Bordeaux 1) Mesure par ultrasons-laser de l'�lasticit� de couches anisotropes d�pos�es sur un substrat ; savoir-faire et perspectives pour la caract�risation de couches minces.

B. Audoin a pr�sent� des techniques acoustiques afin de caract�riser les propri�t�s �lastiques des couches minces. Ces techniques permettent de remonter au tenseur complet d��lasticit� du mat�riau. Les r�sultats obtenus sur mat�riaux mod�les sont tr�s probants. A l�heure actuelle,seuls des mat�riaux d�une �paisseur d�une centaine de microns peuvent �tre caract�ris�s, il est pr�vu de d�velopper tr�s prochainement un moyen exp�rimental permettant descendre � des grandeurs de l�ordre du micron.

 

G. Bernhart (Ecole des Mines d�Albi) Fissuration et �caillage de couches d'oxydes lors de cycles thermiques.

L�expos� de G. Bernhart concernait la formation et l��caillage de couches d�oxyde lors du formage � haute temp�rature de mat�riaux. Les couches d�oxydes peuvent s��cailler lors du d�moulage et donc conduire � des �tats de surface peu satisfaisants. Diverses techniques exp�rimentales ont �t� pr�sent�es afin d��tudier les cin�tiques d��caillage. Deux sc�narii, bas�s sur des mod�les �nerg�tiques propos�s par Evans, permettent d�expliquer les ph�nom�nes observ�s : �caillage par � wedging � ou par � buckling �. Il semble que pour les courtes dur�es,l��caillage par wedging soit le plus probable, alors que pour les longues dur�es il s�agisse plut�t du buckling. On notera que pour expliquer les ph�nom�nes exp�rimentaux il est n�cessaire de supposer que le taux d��nergie critique caract�risant la rupture �volue au court du temps (et est donc fonction de l��paisseur d�oxyde).

 

A.M. Huntz et M. Andrieux (LEMHE, Universit� Paris XI ) Caract�risation m�canique de couches minces d'oxyde.

A.M. Huntz a pr�sent� diverses techniques exp�rimentales afin de caract�riser les couches minces d�oxyde. Une premi�re partie a concern� la d�termination exp�rimentale des d�formations (et des contraintes). Des techniques de diffraction de rayons X, de microscopie Raman ou de d�flexion sur �prouvettes dissym�triques peuvent �tre utilis�es. L�exploitation des r�sultats exp�rimentaux est souvent rendue d�licate � cause du peu de donn�es sur les propri�t�s m�caniques de ces mat�riaux. C�est pourquoi dans un second temps il a �t� pr�sent�s quelques moyens exp�rimentaux permettant d��valuerles propri�t�s m�caniques. On retiendra les essais de flexion sous MEB ou les essais de nano-indentation (pour les faibles �paisseurs).

 

P. Peters, M. Bartsch, et B. Baufeld (DLR/Institut of Materials Research, K�ln, Allemagne) Thermomechanical testing and simulation of testing of thermal barrier coatings.

L�expos� de P.  Peters a principalement port� sur ses premiers travaux concernant les barri�res thermiques. Les barri�res thermiques sont des rev�tements multicouches (sous-couche/oxyde/c�ramique) destin�s � prot�ger le superalliage constituant les aubes de turbines haute pression. Il est actuellement d�velopp� au DLR un dispositif exp�rimental destin� � tester ces barri�res dans les conditions d�utilisation. L��prouvette, sur laquelle est d�pos�e par PVD une couche de barri�re thermique,est de type cylindrique, avec gradient de temp�rature dans l��paisseur de la paroi. Les calculs thermiques pr�sent�s par P.Peters ont permis de dimensionner de fa�on correcte cette �prouvette (rayons int�rieur et ext�rieur, chauffage, syst�me de refroidissement �) avant les premiers essais.

 

F. Feyel (ONERA/DMSE, Chatillon) Mod�lisation de la fissuration des barri�res thermiques.

L�expos� des travaux de th�se de M. Caliez a �t� fait par F. Feyel. Il a �t� mis en �vidence, dans des travaux pr�c�dents, divers type d��caillage des barri�res thermiques en fonction du type de sollicitation (thermique, cyclique �). Un mod�le �l�ments finis est donc d�velopp� couplant calculs de diffusion (pour simuler la croissance de la couche d�oxyde) et calculs m�caniques avec endommagement (en ins�rant des mod�les de zone coh�sive � l�interface oxyde/sous-couche). Les tendances exp�rimentales sont bien reproduites si on consid�re que l��nergie de d�coh�sion varie en fonction de l��paisseur d�oxyde. Des simulations des diff�rents sc�narii d��caillage ont �t� effectu�s en utilisant les m�mes mod�les ins�r�s entre chaque �l�ment fini constituant le maillage de la couche d�oxyde, autorisant ainsi la propagation des micro-fissures � travers l'oxyde, et aboutissant � l'�caillage complet par coalescence des fissures aux deux interfaces. Les difficult�s inh�rentes � ce type de mod�lisation ont �t� analys�es � travers plusieurs exemples, et des solutions ont �t� avanc�es pour palier � l�influence des param�tres de la loi de comportement des mod�les de zones coh�sives sur la r�ponse globale de la structure

 

T. Ganne (LMS, Palaiseau) Comportement � la fissuration de rev�tements fragiles sur substrat ductile.

L�un des objectif du travail de T. Ganne concernait l�am�lioration des tubes d�armes (acier rev�tus par PVD d�un d�p�t de W). Le but �tait d��tudier l�effet d��paisseur et du traitement thermique sur la tenue de ces d�p�ts par des essais in-situ de flexion 4 points sous MEB (avec extensom�trie par grille d�or). Ces essais ont �t� accompagn�s par des mod�lisations par �l�ments finis qui reproduisent bien les r�sultats exp�rimentaux. T. Ganne a �galement montr�, gr�ce � un mod�le analytique type shear-lag,l�influence de l��paisseur d�oxyde et de la limite d��lasticit� de l�acier sur l��volution de la densit� de fissure en fonction de la d�formation, permettant ici une optimisation des d�p�t de W.

 

P. Bossis (CEA, Saclay) Rupture dans les couches d'oxydes form�es lors de la corrosion d'alliages de zirconium

P. Bossis a pr�sent� divers r�sultats concernant l��caillage des couches d�oxyde d�alliage de zirconium. La cin�tique d�oxydation est assez particuli�re et pr�sente une transition pour une �paisseur de 2microns. La fissuration s�amorce sur les retards du front d�oxydation. Des mesures de contraintes par diffraction de RX montrent que la couche d�oxyde est fortement en compression. Des techniques d�analyse d�image permettent de mesurer la p�riode et l�amplitudes des couches. Des calculs par EF permettent d�expliquer la forme du front d�oxyde, ainsi que l�apparition de la fissuration. On notera toutefois que les longueurs de fissures d�termin�es num�riquement sont tr�s sup�rieurs � celles mesur�es.

 

Compte rendu r�dig� par Nicolas Carr�re

 

 

Intervenants :

 

AUDOIN Bertrand

Laboratoire de M�canique Physique,

UMR CNRS 5469,

Universit� Bordeaux 1

351, cours de la Lib�ration

33405 Talence FRANCE

tel. 33 (0)5 56 84 69 69

fax. 33 (0)5 56 84 69 64

audoin@lmp.u-bordeaux.fr

 

BERNHARTG�rard

CROMeP (Centre de Recherche Outillages, Mat�riaux et Proc�d�s

Ecole des Mines d'Albi-Carmaux���� Tel : +33 (0)5 63 49 30 56

Route de Teillet����� �������Fax : +33 (0)5 63 49 30 99

81013 ALBI CT Cedex 9��������������

bernhart@enstimac.fr

 

BOSSIS Philippe

DEN/DMN/SEMI/LCMI

CEA-Saclay

b�timent 459

91191 Gif-sur-Yvette Cedex

T�l : 01 69 08 77 09

Fax : 01 69 08 85 52

Philippe.BOSSIS@drnsac.cea.fr

 

FEYEL Fr�d�ric

ONERA/DMSE 29, av. de la Division Leclerc

92322 Chatillon Cedex

feyel@onera.fr

 

GANNE Thomas

Laboratoire de M�canique des Solides

Ecole Polytechnique

91 128 Palaiseau cedex

Tel : 01 69 33 34 45

ganne@lms.polytechnique.fr

 

HUNTZ Anne-Marie

LEMHE

bat 410

Universit� Paris XI

91405 Orsay

Tel 01 69 15 63 18

Fax 01 69 15 48 19

am.huntz@lemhe.u-psud.fr

 

MARAIS Christian

ONERA/DMSC 29, av. de la Division Leclerc

92322 Chatillon Cedex

marais@onera.fr

 

PETERS Piet

DLR

Institut of Materials Research

Linder H�he

D-51147 K�ln

Tel.: +49 (2203) 601 2076

Fax:+49 (2203) 696480

Piet.Peters@dlr.de

 

 

Participants :

 

BARRET C�line

SNECMA

celine.barret@snecma.fr

 

CALIEZ Micha�l

Universit� de TOURS E.I.V.L.

Tel: 02 54 55 84 11

Fax: 02 54 55 84 21

caliez@univ-tours.fr

 

CARE Sabine

LMTENS-Cachan

61 avenue du president Wilson

94 Cachan

Sabine.Care@lmt.ens-cachan.fr

CARRERE Nicolas

ONERA Chatillon - DMSE
29, avenue de la Division Leclerc
92320 Chatillon Cedex

carrere@onera.fr

 

CHABOCHE Jean-Louis

ONERA/DMSE

29, av. de la Division Leclerc

92322 Chatillon Cedex

chaboche@onera.fr

 

CHERTI TAZI Omar

LMM - CNRS UMR 7607

Universit� P. et M. Curie

8 rue du Capitaine Scott

75015 PARIS- France

cherti@lmm.jussieu.fr

 

DEMIRCI Ibrahim

Universit� Louis Pasteur - STRASBOURG

ibrahim.demirci@ulp.u-strasbg.fr

 

DUPEUX Michel

Professeur U.J.F.

LTPCM-ENSEEGn B.P. 75

38402 - Saint Martin d'Heres cedex (France)

Tel. 33 (0)4 76 82 66 25 (direct)

33 (0)4 76 82 53 76 (secretariat)

Fax 33 (0)4 76 82 67 45

mdupeux@ltpcm.inpg.fr

 

IGNAT Michel

INPG

michel.ignat@inpg.fr

 

LE BIAVANT Kristell

Snecma � YKO

kristell.lebiavant-guerrier@snecma.fr

 

LECLERCQ Sylvain

SNECMA

sylvain.leclerq@snecma.fr

 

LEGUILLON Dominique

LMM - CNRS UMR 7607

Universit� P. et M. Curie

8 rue du Capitaine Scott

75015 PARIS- France

Tel+(33) 01 4427 5322

Fax +(33) 01 4427 5259

dol@ccr.jussieu.fr

 

LEROY Francois-Henry

ONERA/DMSC 29, av. de la Division Leclerc

92322 Chatillon Cedex

fhleroy@onera.fr

 

MARTIN Eric

Laboratoire des Composites Thermo-Structuraux

Universit� Bordeaux 1

05 56 84 47 00

martin@lcts.u-bordeaux.fr

 

PUTOT Claude

Division M�canique Appliqu�e

Institut fran�ais du P�trole

claude.putot@ifp.fr

 

RETHORE Julien,

LMSO, Insa de Lyon

julien.rethore@insa-lyon.fr

 

ROSSIGNOL Cl�ment

Laboratoire de M�canique Physique,

UMR CNRS 5469,

Universit� Bordeaux 1

351, cours de la Lib�ration

33405 Talence France

c.rossignol@lmp.u-bordeaux.fr

 

SAUZAY Maxime

CEA Saclay

DEN-DMN-SRMA

SAUZAY@ortolan.cea.fr

 

TRUYOL Albert

47 Av. du clos Toutain 92420 Vaucresson

T�l./Fax : 01 47 41 32 39.

altruyol@club-internet.fr