Dans un but de réduction de poids des avions, un alliage Al-Cu-Li (2198-T8) assemblé par friction-malaxage est envisagé par les avionneurs pour des applications de type fuselage et intrados de l'aile. L'objectif de cette étude est de déterminer le comportement en fatigue des soudures par friction-malaxage et l'influence de certains défauts de soudage pour une durée de vie de l'ordre de 105 cycles. Pour cela le matériau de base, des soudures réalisées pleine tôle (sans défaut), des soudures contenant un résidu de plan de joint (dû à la couche d'oxydes initialement présente sur les chants des tôles avant soudage), un "kissing bond" (dû à un manque de pénétration de l'outil) et un "GAP" (correspondant à un défaut d'accolement des tôles) ont été testés. Pour la durée de vie visée, les soudures sont déformées plastiquement durant la première moitié du premier cycle. Le comportement en traction monotone des soudures n'a montré aucune influence significative des défauts de soudage sur les propriétés des soudures, bien que le kissing bond et le GAP soient le site d'amorçage de la rupture. Des essais de traction in situ au MEB ont permis de déterminer une contrainte seuil au-delà de laquelle on observe l'ouverture du kissing bond. L'étude du comportement en traction des soudures a été complétée par une simulation 3D par éléments finis. Les courbes de Wöhler ont montré que le résidu de plan de joint n'engendrait pas de baisse significative de la durée de vie des soudures, alors que le kissing bond et le GAP conduisaient à une réduction de l'ordre de 17% et 28% respectivement sur la contrainte à 105 cycles. L'étude des mécanismes d'amorçage a révélé que ces deux défauts étaient site d'amorçage de fissures de fatigue uniquement au-delà d'une contrainte seuil. Dans ces cas, la phase d'amorçage était réduite à l'ouverture du défaut durant la première moitié du premier cycle. La rupture finale des soudures a été étudiée au travers d'essais de déchirure ductile montrant une évolution de la nocivité des défauts similaire à celle révélée par les courbes de Wöhler.

Challenges continue to exist in developing a comprehensive theory of diffusion in liquid metals, despite the advancement of several semi-empirical and theoretical models. One major difficulty in developing a theory is that experimental data are not available for many pure metals and binary metal systems, and when they do exist, data are often inaccurate. In addition to challenges with data quality, where deemed reliable, existing data are typically reported over limited temperature and concentration intervals. In this thesis research, interdiffusion data was obtained for the binary Al-Cu system using the solid wire long capillary technique (SWLC), and molecular dynamics (MD) simulation with a concentration-dependent embedded atom method (CD-EAM) interatomic potential. In the SWLC experiments the interdiffusion coefficient was determined at temperatures of 993 K, 1023 K, 1073 K, 1123 K, and 1193 K, over an Al-rich concentration range limited by the liquidus of the binary phase diagram at the given temperature. For liquid Al~100Cu~0 (tracer), Al80Cu20, and Al60Cu40, the interdiffusion coefficient is well described by the Arrhenius relationship D_AlCu=D_0*exp(-Q_0/RT) over the temperature range, with best fit parameter values of Q_0 = 20.85 ± 4.49 kJ/mol, D_0 = 8.21 (+5.4, -3.26) x 10^-8 m^2/s, Q_0 = 34.41 ± 3.71 kJ/mol, D_0 = 2.84 (+1.47, -0.97) x 10^-7 m^2/s, Q_0 = 38.74 ± 8.01 kJ/mol, D_0 = 4.03 (+5.89, -2.39) x 10^-7 m^2/s, respectively. For the MD simulations, a new Al-Cu CD-EAM interatomic potential was developed that is suitable for the study of diffusion phenomena in the liquid state. Self- and interdiffusion coefficients were determined over a temperature interval of 993-1493 K. Simulations are performed for liquid Al99.999Cu0.001 (tracer), Al80Cu20, and Al60Cu40, and interdiffusion is described by Q_0 = 22.81 ± 0.27 kJ/mol, D_0 = 1.04 (+0.03, -0.03) x 10^-7 m^2/s Q_0 = 30.15 ± 0.49 kJ/mol, D_0 = 1.78 (+0.08, -0.08) x 10^-7 m^2/s, Q_0 = 37.01 ± 1.48 kJ/mol, D_0 = 3.29 (+0.52, -0.45) x 10^-7 m^2/s, respectively. The calculated values of the interdiffusion coefficients from the MD simulation are in good agreement with those obtained using the SWLC technique, supporting the accuracy of these new experimental findings. / February 2017

No description available.

Les alliages aluminium-cuivre, et en particulier l'alliage 2024 (4% de Cu) sont utilisés dans l'industrie aéronautique pour leur faible densité alliée à de très bonnes propriétés mécaniques. Néanmoins, ces alliages sont très sensibles à la corrosion. Ainsi dans le cas de l'alliage 2024, la présence de précipités riches en cuivre, noyés dans une matrice d'aluminium, soumet cet alliage à un risque de corrosion galvanique. Dans une solution en plein bain contenant un électrolyte aéré de pH neutre, le couplage galvanique entre les deux métaux se produit comme prévu : la dissolution d'aluminium est la réaction anodique et la réduction de l'oxygène est la réaction cathodique à la surface du cuivre. La formation d'une crevasse à l'interface Al / Cu, avec re-déposition de cuivre dans le voisinage de l'interface a souvent été observée, mais n'a jamais été clairement expliquée. Ainsi, le but de ce travail est de mettre en évidence le mécanisme de dissolution du cuivre et de voir l'influence du confinement sur ce comportement. Un montage en couche mince a été mis au point au laboratoire, permettant d'obtenir une couche d'électrolyte (d'épaisseur inférieure à quelques centaines de micromètres) entre deux plans parallèles contenant respectivement des électrodes en cuivre pur et en aluminium pur. Le courant et le potentiel galvaniques ont été suivis en fonction du temps, de la distance entre les deux métaux, ainsi que du rapport des surfaces variant entre 10 et 0,1 entre le cuivre et l'aluminium. Après le remplacement de l'électrode supérieure par une paroi isolante, le comportement de l'électrode de cuivre a été suivi en présence d'ions Al3+ dans la couche mince. Enfin, le mécanisme de couplage galvanique est discuté en tenant compte de la modification du pH au sein de la couche mince d'électrolyte.

No description available.

This research investigated the tribological performance of a composite material, formed from an ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) matrix and quasicrystalline Al-Cu-Fe alloy powders. An evaluation was conducted for the microstructure, material properties, and tribological performance of quasicrystalline materials formed from Al-Cu-Fe alloys. Arc melting was used as the fabrication technique for these alloys, and some samples were additionally heat treated in an argon environment. Vickers microhardness testing was done to make comparisons to wear rate behavior of the various alloys. Tribological studies were conducted using a linear pinon- desk configuration to evaluate friction and wear. Research indicated the annealed samples of Al-Cu-Fe that formed icosahedral quasicrystalline phases, where the quasicrystalline phase was most dominant of the observed alloys, displayed the greatest wear resistance and hardness. Abrasive wear was observed in each of the samples, as the brittle, hard nature of the quasicrystalline phase would not allow for the ductile adhesion. The addition of small amounts of Al-Cu-Fe quasicrystalline particles, crushed and pulverized from the arc-melted ingots, reduced the coefficient of friction and wear rate of UHMWPE, when added to the polymer.

No description available.

Im Netz der Elektroenergieversorgung werden einzelne Netzkomponenten und Betriebsmittel durch Verbindungen elektrisch zusammengeschaltet. Dabei werden häufig Schraubenverbindungen mit Stromschienen eingesetzt. Diese müssen über mehrere Jahrzehnte zuverlässig hohe Ströme tragen können. Abhängig von der sich einstellenden Temperatur an den Verbindungen altern diese mit der Zeit. Die Alterung wird je nach Verbindungssystem von verschiedenen Mechanismen beeinflusst, die alle parallel ablaufen. Bei ruhenden, stationären elektrotechnischen Verbindungen, deren Kontaktpartner aus verschiedenen Materialien bestehen, können abhängig von der Paarung intermetallische Phasen (IMP) entstehen. Die sich bildenden IMP haben schlechtere elektrische und mechanische Eigenschaften als die reinen Metalle. Daraus resultiert ein höherer Verbindungswiderstand. Die erzeugte Verlustleistung sowie die Temperatur der Verbindung steigen an. Dies kann zum Ausfall der Verbindung führen. In der Elektroenergietechnik werden aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit häufig die Werkstoffe Aluminium und Kupfer sowie das Beschichtungsmetall Silber bei Temperaturen von üblicherweise 90 °C bis 200 °C eingesetzt. Speziell bei Aluminium-Kupfer-Verbindungen, die nicht langzeitstabil sind, wird als maßgebliche Ausfallursache das Bilden von IMP gesehen. Die IMP des Systems Al-Cu wurden in der Vergangenheit bereits vielfach untersucht. Das Übertragen der Ergebnisse auf die Problematik stromtragender Verbindungen der Elektroenergietechnik ist jedoch nicht ohne Weiteres möglich. Der relevante niedrige Temperaturbereich zwischen 90 °C und 200 °C spielt bei vielen Untersuchungen nur eine untergeordnete Rolle. Zusätzlich können die Eigenschaften der IMP bei unterschiedlichen Herstellungsverfahren voneinander abweichen. Zum System Al-Ag ist in der Literatur nur wenig bekannt. Deshalb wurden für diese Arbeit phasenreine IMP der Systeme Al-Cu und Al-Ag mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren bei möglichst identischen Randbedingungen hergestellt. Diese wurden mit einer speziell für diese Proben entwickelten Messeinrichtung elektrisch charakterisiert und der ermittelte spezifische elektrische Widerstand der IMP und ihr Temperaturbeiwert mit Werten aus der Literatur verglichen. An verschiedenen Schraubenverbindungen mit Stromschienen aus Aluminium und Kupfer wurden Langzeitversuche von bis zu 3 Jahren durchgeführt. Der Verbindungswiderstand wurde abhängig von der Zeit ermittelt. An ausgewählten Verbindungen wurde zusätzlich in zwei identischen Versuchen der Einfluss der Belastung mit Dauer- und Wechsellast auf das Langzeitverhalten untersucht. Mithilfe der an den IMP ermittelten elektrischen Eigenschaf-ten wurde deren Einfluss auf den Verbindungswiderstand berechnet. Die Ergebnisse dieser Modellrechnung wurden mit den Ergebnissen aus den Langzeitversuchen verglichen. Ausgewählte Verbindungen wurden dazu mikroskopisch untersucht. Es wurde festgestellt, dass die IMP nicht ausschließlich das Langzeitverhalten stromtragender Verbindungen bestimmen. Es muss mindestens ein weiterer Alterungsmechanismus einen signifikanten Einfluss haben. Die Untersuchungen deuten darauf hin, dass dabei Sauerstoff eine zentrale Rolle spielen könnte. / In electrical power supply networks a huge number of electrical joints are used to connect transmission lines, conductors, switchgears and other components. During operation these joints are aging due to different aging mechanisms. Depending on the type of the joint several aging mechanisms can take place at the same time. For stationary joints with contact partners made of different materials, the formation of intermetallic compounds (IMC) may be an issue. These IMC have worse electrical and mechanical properties compared to the pure metals. Therefore, the presence of IMC in the contact area results in a higher joint re-sistance and the temperature and the thermal power losses increase. Typical temperatures for high current joints are between 90 °C and 200 °C. Due to their good electrical conductivity aluminum and copper are often used as conductor materials and silver as a coating material. Especially bimetal joints made of aluminum and copper are not long term stable. The formation of Al-Cu IMC is held responsible as a cause of failure. The IMC of the System Al-Cu have already been studied by several authors. However, it is difficult to apply the results directly to electrical joints in power supply networks. In many studies the low temperature range between 90 °C and 200 °C is not regarded. In addition, the properties of the IMC may vary due to different preparation processes. There is only little information about the system Al-Ag in the literature. For this work, phase pure IMC of the systems Al-Cu and Al-Ag were prepared by different preparation processes using similar process parameters. These IMC samples were electrically characterized with a specially developed measuring device. The specific electric resistivity and the temperature coefficient of resistance were determined and compared to values taken from the literature. Various combinations of bus bar joints made of aluminum and copper were investigated in long term tests for up to three years. The joint resistance was determined as a function of time. In addition, for selected joints two identic setups were operated with continuous load and alternating load. The long term behavior was investigated with regard to the load ap-plied. Using the results of the electrical characterization of the IMC their influence on the joint resistance was calculated theoretically. The results of the calculation were compared to the results determined in the long term tests. Selected joints were examined microscopi-cally after termination of the long term tests. It was found, that the long term behavior of bimetal electrical joints with the combination Al-Cu and Al-Ag cannot be exclusively described by the growth of IMC. At least there is one further aging mechanism involved. The studies suggest, that oxygen may have a significant influence.

La radiographie X synchrotron ou avec une source microfocus a été appliquée pour étudier différents phénomènes dépendants du temps en relation avec la solidification directionnelle d'alliages Al-Cu. Les effets de la gravité ont été étudiés par comparaison d'expériences sur Terre et en microgravité dans le cadre du projet ESA-MAP XRMON. Les mouvements des fragments sont le sujet majeur de notre étude. Sur Terre, le mouvement des fragments est imposé par la poussée d'Archimède, avec une forte influence des effets de paroi et de la morphologie du fragment, alors qu'en microgravité, la force motrice pour le mouvement des fragments est l'écoulement du fluide interdendritique induit par la contraction du solide. L'effet d'un champ magnétique permanent sur la solidification des grains équiaxes dans un gradient de température a été également étudié. Nous avons montré qu'un couplage entre le gradient de température et le champ magnétique donne naissance à une force Thermo-électromagnétique qui agit sur les grains solides. Une bonne description a été obtenue en utilisant un modèle analytique pour une particule sphérique. Enfin, nous avons étudié l'évolution d'une zone pâteuse dans un gradient de température fixe. Trois régimes successifs ont été identifiés, suivant l'intensité de la diffusion du soluté dans la zone pâteuse et dans le bain fondu. L'analyse quantitative des radiographies par traitement d'image a clarifié le rôle de chaque phénomène de diffusion (TGZM, fermeture des canaux, murissement et diffusion du soluté dans le bain fondu). / X-ray radiography with synchrotron and microfocus sources was applied to investigate various time-dependent phenomena related to directional solidification of Al-Cu alloys. Gravity effects were investigated by a comparative study of ground and microgravity experiments in the framework of ESA-MAP XRMON project. Fragment motion was the major subject of our investigation. On Earth, fragmentation motion was imposed by buoyancy, with a strong dependency on wall influence and fragment morphology, whereas in microgravity conditions, the driving force for fragment motion is the interdendritic fluid flow induced by the solid shrinkage. The effect of a permanent magnetic field on the solidification of equiaxed grains in a temperature gradient was also studied. We have shown that a coupling between the temperature gradient and the magnetic field gives birth to a Thermo-Electro-Magnetic force that acts on the solid grains. A good description was obtained by using an analytical model for a spherical particle. Finally we studied the evolution of the mushy zone in a fixed temperature gradient. Three successive regimes were identified, depending on the relative magnitude of solute diffusion in the mushy zone and in the bulk liquid. Quantitative analysis of radiographs by image processing enlightened the role of each diffusion phenomena (TGZM, channel closure, coarsening and solute diffusion in the bulk liquid).

Ce travail vise à comprendre l’évolution de la texture cristallographique et l’anisotropie du comportement mécanique après laminage à chaud et traitements thermiques d’un Al-Cu-Li 2050 et d’un Al-Zn-Mg-Cu 7050, et expliquer leurs différences. La texture est analysée par EBSD et RX après des essais de compression plane à chaud et après des laminages à chaud industriels. L’anisotropie est étudiée sur des tôles fortes industrielles après différents détensionnements et dans différents états microstructuraux par des essais de traction à 0°, 45° et 90° par rapport à DL. Enfin, nous comparons nos mesures à des résultats simulés par des modèles de plasticité cristalline (modèles de Taylor). Il est montré que, déformés dans des conditions identiques, les deux alliages développent les mêmes textures de laminage jusqu'à une déformation de 2.6. La présence de 1% massique de Li n’est à priori pas responsable d’une texture particulière. En revanche la température de laminage, qui est généralement plus élevée pour les Al-Cu-Li que pour les Al-Zn-Mg-Cu, a un impact important aux grandes déformations, notamment en favorisant la composante Laiton {110}<112>. L'anisotropie d'une tôle laminée de 2050 est pour une large part due à la texture cristallographique. Elle augmente quand un détensionnement est effectué par traction dans la direction DL et diminue quand il est effectué à 45°/DL. La précipitation durcissante, composée de T1 Al2CuLi en forme de plaquettes sur les plans {111}Al, augmente la résistance de la direction préalablement tractionnée mais n'est pas responsable dans nos conditions expérimentales d'une forte aggravation de l'anisotropie. Dans le 7050, l'anisotropie diminue entre l’état mûri naturellement et l’état sur-revenu. La précipitation de sur-revenu du 7050 atténue l'effet de la texture cristallographique sur l'anisotropie et rend, en comparaison, le 2050 d’autant plus anisotrope. / This work aims to understand hot rolling texture evolution and anisotropy of mechanical behaviour on an Al-Cu-Li 2050 and an Al-Zn-Mg-Cu 7050, and aims to explain their differences. Crystallographic textures are analysed by EBSD and X-ray after hot plane strain compressions and after industrial hot rolling. Anisotropy of industrial hot rolled plates is investigated after different stretching and different ageing treatments by means of tensile tests at 0°, 45° and 90° to RD. Experimental results are compared to predictions using plasticity models (Taylor models). It is shown that, under the same processing conditions, the two alloys develop the same rolling textures up to strain of 2.6 ; it can be concluded that the presence of 1wt% of Li does not by itself favour a particular texture. However, it is shown that Brass component {110}<112> is favoured by an increasing rolling temperature, which is generally higher in the Al-Cu-Li than in the Al-Zn-Mg-Cu. Anisotropy of hot rolled 2050 is for a large part caused by crystallographic texture. It increases when stretch axis is at 0° and decreases when stretch axis is at 45°. Hardening precipitation, made by plate shape T1 Al2CuLi lying on the {111}Al, increases yield strength in the stretched direction but it is not responsible in our experimental conditions for a high increase of anisotropy. Anisotropy of 7050 is less important in the over aged state than in the natural aged state. Over ageing precipitation of 7050 reduces the effect of crystallographic texture on the anisotropy and makes 2050 appearing much more anisotropic.