Contexte :

Les alliages métalliques utilisés dans les applications nucléaires sont soumis à des températures relativement basses (inférieures à 450°C pour les réacteurs de génération 2-3) pendant des temps importants (supérieurs à 10 ans). A ces températures, même si l’irradiation accélère la diffusion des espèces atomiques substitutionnelles, les cinétiques de transformation des microstructures sont lentes. L’apparition de certaines phases indésirables car fragilisantes est susceptible de survenir après plusieurs années de service. La caractérisation expérimentale de ce phénomène est extrêmement complexe du fait de la difficulté de réaliser des expériences représentatives sur des temps de recuit importants. De nos jours, il est possible de raccourcir les temps de recuit en suivant l’évolution des microstructures à l’échelle des atomes, ceci grâce à des outils de caractérisation performants pouvant atteindre une résolution spatiale nanométrique, des techniques originales d’élaboration d’échantillons non-homogènes en composition, et des méthodes d’analyse et de simulation des mécanismes de diffusion à l’échelle atomique. Dans un premier temps, le stage se focalisera sur le système binaire Ni–Cr, dans lequel la précipitation d’une phase ordonnée de stœchiométrie Ni2Cr peut survenir dans la matrice cubique à faces centrées désordonnée à des températures inférieures à 590°C. Dans ce système, les mécanismes menant à l’établissement de l’ordre à longue distance ne sont pas très clairs mais semblent faire intervenir l’ordre à courte distance. 

Approche :

L’idée est d’élaborer des couples de diffusion pour créer un gradient de composition à l’aide d’un recuit à haute température. Des recuits à plus basses températures seront ensuite réalisés pour étudier la cinétique de mise en ordre en fonction de la composition chimique. Cette technique permettra l’étude d’une large plage de compositions avec un seul échantillon. L’objectif du stage est donc de mettre au point une méthodologie pour élaborer les couples de diffusion et caractériser finement l’ordre à courte et à longue distance afin de mettre en évidence les mécanismes de mise en ordre dans le système Ni–Cr. L’approche développée pourra ensuite être étendue aux systèmes ternaires et quaternaires représentatifs des aciers et des alliages à haute entropie envisagés dans l’industrie nucléaire.

Missions :

• Réaliser une recherche bibliographique sur les mécanismes de mise en ordre.
• Elaborer les couples de diffusion.
• Réaliser les recuits de diffusion et de mise en ordre.
• Vérifier la longueur de diffusion et la qualité de l’interface par microcopie électronique à balayage et microscopie optique.
• Caractérisation de l'ordre par microscopie électronique en transmission et sonde atomique tomographique.
• Mettre en place une stratégie de traitement des données.

Profil : ingénieur(e) en fin d’étude ou étudiant(e) de M2 cherchant un stage de fin de Master.

Compétences : curiosité, capacité à comprendre, problématiser et résoudre des problèmes complexes ainsi qu’une capacité de travail en autonomie qui sera développée progressivement pendant la durée du stage.

Moyens expérimentaux : microscopie électronique à balayage ; sonde ionique focalisée ; microscopie électronique en transmission ; sonde atomique tomographique.

Programmation/traitement de données : Python.

Le stage permettra au stagiaire de développer ses compétences expérimentales en science des matériaux. Il s’agit aussi d’une opportunité de travailler avec des techniques expérimentales de pointe (sonde ionique focalisée, microscopie électronique à transmission à haute résolution, sonde atomique tomographique), et d’interagir avec une équipe de théoriciens du même département qui simulent à partir de l’échelle atomique les cinétiques de mise en ordre dans les mêmes systèmes. Une poursuite en thèse est envisageable à l’issue du stage.