Th. 3e cycle--Génie chim. et chim. phys. appl.--Grenoble--I.N.P., 1985.

Les alliages fer-chrome présentent des comportements thermodynamiques et cinétiques particuliers liés à leurs propriétés magnétiques. La décomposition de l’alliage par vieillissement thermique a été étudiée dans cette thèse. Pour cela, un modèle cinétique de la décomposition de l’alliage à l’échelle atomique a été développé en modélisant de façon détaillée les propriétés thermodynamiques et de diffusion des espèces chimiques dans l’alliage. L’évolution des propriétés de diffusion des éléments avec la transition ferro-paramagnétique de l’alliage a en particulier été modélisée. Les décompositions simulées par ce modèle ont été comparées à des décompositions expérimentales pour une large gamme de concentrations et de températures. Cette comparaison a montré un bon accord entre les cinétiques simulées et les expériences et a permis de mettre en évidence le rôle central de la transition ferro-paramagnétique dans la cinétique de décomposition des alliages fortement concentrés en chrome. Cette étude a également montré que la diffusion des éléments à l’interface des phases est responsable de la cinétique de décomposition de l’alliage aux temps longs. Une étude de la ségrégation induite par l’irradiation au voisinage des puits de défauts a également été commencée. Pour cela, un modèle de l’évolution de l’alliage sous irradiation contenant un puits de défauts a été développé. Il a été montré, en accord avec la littérature, que pour les cas faiblement concentrés en chrome, l’alliage a tendance à s’enrichir en chrome au voisinage des puits de défauts à basse température et à s’appauvrir en chrome à haute température. / Iron-Chromium alloys have a peculiar thermodynamic and diffusion behavior which is due to their magnetic properties. The alloy decomposition under thermal ageing has been studied in this thesis. An atomistic kinetic model has been performed in this aim in which we have modeled in details the chemical species thermodynamic and diffusion properties. In particular, the evolution of elements diffusion properties with the ferro-paramagnetic transition has been introduced in the model. Simulated decompositions have been compared with experiments for a large range of concentrations and temperatures. A good agreement between simulations and experiments was observed and these comparisons have highlighted the ferro to paramagnetic transition key role in the concentrated alloys kinetic decomposition. This study has also evidenced that the elements diffusion at phases interfaces is responsible for the alloy decomposition kinetic in long lasting. We have also started a study on the alloy radiation induced segregation. For that purpose, atomistic kinetic model has been performed modeling defects migration through a perfect planar sink. It have been shown, I agreement with former studies, that chromium tends to segregate in the vicinity of sinks a low temperatures and deplete at high temperature.

Les cinétiques de décomposition dues à la présence d'une lacune de miscibilité dans le système Fe-Cr sont généralement étudiées dans des alliages Fe-Cr massifs pour lesquels la décomposition se déroule en 3 dimensions. Nous avons étudié les cinétiques de décomposition spinodale dans des couches minces Fe-Cr. Ces couches minces comportent une oscillation de composition de Cr dont le vecteur d'onde est perpendiculaire à la surface de l'échantillon. La décomposition de l'alliage a alors pour conséquence d'augmenter l'amplitude de l'oscillation au cours d'un recuit et donc d'engendrer une décomposition selon une seule dimension. Des échantillons comportant des oscillations de différentes longueurs d'onde ont ainsi été conçus. Des recuits à 500°C sur ces échantillons ont été analysés par sonde atomique tomographique. Ces résultats ont ensuite été comparés à des simulations AKMC et en champ moyen. Des recuits à 500°C d'un échantillon comportant une oscillation de composition d'une longueur d'onde de 22nm ont montré une diminution inattendue de l'amplitude de l'oscillation. Des recuits à 500°C d'un échantillon comportant une oscillation de composition d'une longueur d'onde de 6nm ont montré plusieurs comportements de l'oscillation de composition. En effet, l'oscillation s'est amplifiée par endroits alors qu'elle s'amortie ou encore évolue peu à d'autres. La présence d'O et de joints grains dans les couches minces peuvent rendre compte de ces différents comportements. / Decomposition kinetics due to the presence of a miscibility gap in the Fe-Cr system are generally studied in Fe-Cr bulk alloys for which the decomposition occurs in three dimensions. We studied the spinodal decomposition kinetics in Fe-Cr thins films. These thin films have a Cr composition oscillation whose wave vector is perpendicular to the sample surface. The decomposition of the alloy lead an increase of the oscillation amplitude during annealing and thus generate a decomposition in a single dimension. Samples having different oscillation wavelengths have been designed. Annealing treatments at 500°C of these samples were analyzed by atom probe tomography. These results were then compared to AKMC and mean field simulations. Annealing treatments at 500°C of a sample having a composition oscillation with a 22nm wavelength showed an unexpected decrease in oscillation amplitude. Annealing treatments at 500°C of a sample having a composition oscillation with a 6nm wavelength showed several behavior of the composition oscillation. Indeed, the oscillation amplifies by places while damps or changes very little in other places. The presence of O and grain boundaries in thin films may explain these different behaviors.