Contexte de l'étude :

Les aciers ferritiques ODS (Oxide Dispersion Strengthened) sont des matériaux envisagés pour des applications exigeant une résistance mécanique élevée à haute température et sous irradiation, telles que les réacteurs nucléaires de nouvelle génération. Ces matériaux se distinguent par leur renforcement constitué de nanoparticules d'oxydes (typiquement des oxydes d'yttrium et titane) dans une matrice ferritique. Cela confère à l'acier une excellente résistance à la déformation à haute température et une stabilité face à l'irradiation.

Le tungstène (W) est un élément d'alliage souvent ajouté aux aciers ODS en raison de sa capacité à augmenter la résistance mécanique et à stabiliser la structure à haute température. Toutefois, son rôle précis dans l'amélioration des propriétés mécaniques, ainsi que la manière dont il interagit avec les autres éléments d'alliage et les oxydes dispersés, nécessite une étude approfondie.

Missions :

Ce stage vise à étudier en détail le rôle du tungstène sur la microstructure et les propriétés mécaniques des aciers ODS, et à développer un protocole d'élaboration en utilisant la technique de Spark Plasma Sintering (SPS).

Le/la stagiaire aura pour mission d’élaborer des poudres ODS par broyage de poudres métalliques (Fe-Cr-W) et d'oxydes d'yttrium, en variant les concentrations de tungstène. Par la suite, ces poudres seront consolidées par SPS, un procédé permettant un frittage rapide sous haute température et pression. Les paramètres de frittage, tels que la température, la pression et la durée, seront optimisés afin d'assurer une densité maximale des échantillons obtenus.

Le/la stagiaire caractérisera les échantillons consolidés : mesure de la porosité résiduelle, microstructure par microscopie optique et microscopie électronique à balayage (MEB), diffraction des rayons X et analyses chimiques par fluorescence X. En outre, des traitements thermiques permettront d’évaluer la stabilité thermique de la microstructure et des phases secondaires.

Enfin, le/la stagiaire caractérisera les propriétés mécaniques des échantillons par des mesures de dureté et des essais de traction, afin d’évaluer l'effet de renforcement du tungstène. Les données expérimentales seront ensuite comparées à des modèles de durcissement issus de la littérature.

Résultats attendus :

À la fin du stage, les résultats suivants sont attendus :

- Un protocole établi pour l'élaboration d'aciers ODS ferritiques par SPS, répétable et optimisé, permettant l'obtention d'échantillons denses.

- Une analyse détaillée du rôle du tungstène dans la matrice ferritique ODS, incluant son effet sur la microstructure et sur les propriétés mécaniques.

- Des corrélations entre la teneur en tungstène et les performances mécaniques, accompagnées de mécanismes proposés pour expliquer ces effets.

Nous recherchons un(e) étudiant(e) en Master ou en dernière année d'école d'ingénieur, spécialisé(e) en science des matériaux, mécanique ou génie des procédés et doté(e) d’un fort intérêt pour la recherche expérimentale.

Une connaissance préalable de la métallurgie des aciers, des méthodes de caractérisation des matériaux ou du traitement de données massives sera appréciée.

Une poursuite en thèse est possible.