Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / The processes of generalized and localized corrosion induced at a cobalt electrode polarized in slightly alkaline aqueous media (pH 7-10) have been investigated using electrochemical methods and surface analysis techniques. In buffer solutions of H2C03/HCO,/CO^ at near neutral pH (7-8), particularly aggressive corrosion phenomena have been observed. The presence of carbonic acid in solution, as well as the high solubility of the CoO oxide, were identified as being responsible for the accelerated metal dissolution. However, the addition of a low concentration of phosphate species to the corrosive environment allows an important inhibition of cobalt dissolution under the form of the Co(CO,)2_ soluble complex. Potentiodynamic experiments have shown the efficiency of benzotriazole to inhibit the active dissolution of cobalt in slightly alkaline media. Using a novel approach to obtain the SERS effect (Surface-Enhanced Raman Scattering) directly from a massive cobalt electrode, the interaction mode of benzotriazole with the metal surface has been determined. Neutral benzotriazole molecules, first chemisorbed under cathodic polarization, are thereafter deprotonated at the zero charge potential of the System. As a result, a thin polymer-like [Co(II)(BTA)2-H20]„ film, insoluble and highly protective, is found on the electrode surface. This passive film restrains the access of chemical species known to be aggressive to the active sites of the electrode. In a situation of incomplete surface coverage by benzotriazole, cobalt species which originate from further dissolution processes, are preferentially complexed to deprotonated benzotriazole species present in the bulk solution. Such a mechanism contributes to the formation of the [Co(II)(BTA)2H20]„ film. To avoid degradation of cobalt through the initiation of localized corrosion induced by chloride ions, a protection method based on the passivation of the metal has been developed. It has been demonstrated that when cobalt is submitted to specific potentiostatic conditions, a passive bilayer film composed of CoO and C03O4 is electrogenerated on the metal surface. The uniform color of that film, attributed to iridescence, shows that the layer has a constant thickness ail over the electrode surface. A complete characterization of the optical and physical properties of that film is presented. / The processes of generalized and localized corrosion induced at a cobalt electrode polarized in slightly alkaline aqueous media (pH 7-10) have been investigated using electrochemical methods and surface analysis techniques. In buffer solutions of H2C03/HCO,/CO^ at near neutral pH (7-8), particularly aggressive corrosion phenomena have been observed. The presence of carbonic acid in solution, as well as the high solubility of the CoO oxide, were identified as being responsible for the accelerated metal dissolution. However, the addition of a low concentration of phosphate species to the corrosive environment allows an important inhibition of cobalt dissolution under the form of the Co(CO,)2_ soluble complex. Potentiodynamic experiments have shown the efficiency of benzotriazole to inhibit the active dissolution of cobalt in slightly alkaline media. Using a novel approach to obtain the SERS effect (Surface-Enhanced Raman Scattering) directly from a massive cobalt electrode, the interaction mode of benzotriazole with the metal surface has been determined. Neutral benzotriazole molecules, first chemisorbed under cathodic polarization, are thereafter deprotonated at the zero charge potential of the System. As a result, a thin polymer-like [Co(II)(BTA)2-H20]„ film, insoluble and highly protective, is found on the electrode surface. This passive film restrains the access of chemical species known to be aggressive to the active sites of the electrode. In a situation of incomplete surface coverage by benzotriazole, cobalt species which originate from further dissolution processes, are preferentially complexed to deprotonated benzotriazole species present in the bulk solution. Such a mechanism contributes to the formation of the [Co(II)(BTA)2H20]„ film. To avoid degradation of cobalt through the initiation of localized corrosion induced by chloride ions, a protection method based on the passivation of the metal has been developed. It has been demonstrated that when cobalt is submitted to specific potentiostatic conditions, a passive bilayer film composed of CoO and C03O4 is electrogenerated on the metal surface. The uniform color of that film, attributed to iridescence, shows that the layer has a constant thickness ail over the electrode surface. A complete characterization of the optical and physical properties of that film is presented. / Les processus de corrosion généralisée et localisée induits à une électrode de cobalt polarisée en milieux aqueux faiblement alcalins (pH 7-10) ont été étudiés à l'aide de méthodes électrochimiques et de techniques d'analyses de surface. Dans des solutions tampons H^CO^/HCOj/CO, de pH quasi-neutres (7-8), des phénomènes de corrosion particulièrement agressifs ont été observés. La présence d'acide carbonique dans la solution, de même que la grande solubilité de l'oxyde CoO dans ces conditions de pH, ont été identifiées comme étant responsables de la dissolution accélérée du métal. Toutefois, l'ajout d'une faible concentration de phosphates dans le milieu corrosif permet d'inhiber considérablement la mise en solution du cobalt sous la forme de l'ion soluble complexe Co(C03)*\ Des expériences potentiodynamiques ont démontré l'efficacité du benzotriazole à inhiber la dissolution active du cobalt en milieux faiblement alcalins. En développant une nouvelle voie d'obtention de l'effet SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) directement à partir d'une électrode de cobalt, le mode d'interaction du benzotriazole avec la surface métallique a été déterminé. Les molécules neutres de benzotriazole, d'abord chimisorbées sous polarisation cathodique, sont déprotonnées au potentiel de charge nulle du système. 11 en résulte la formation d'un mince film polymérique du type [Co(Il)(BTA)2-H20]„, insoluble et hautement protecteur, qui bloque l'accès des espèces réputées agressives aux sites actifs de l'électrode. Dans une situation de recouvrement de surface incomplet par le benzotriazole, les espèces de cobalt issues des processus de corrosion subséquents sont préférentiellement complexées par les espèces de benzotriazole déprotonnées et présentes en solution, consolidant ainsi la formation du film de [Co(II)(BTA)2H20]„. Afin de lutter contre la détérioration du cobalt via l'initiation de la corrosion localisée induite par les ions chlorures, une voie de protection par passivation du métal a été mise en place. En soumettant le cobalt à des conditions potentiostatiques particulières, un film passivant composé d'une bicouche de CoO et de C03O4 a pu être électrogénéré à la surface du métal. La coloration uniforme de ce film, attribuée à un phénomène d'iridescence, montre que la couche est d'épaisseur constante sur toute la surface de l'électrode. Une caractérisation complète des propriétés optiques et physiques de ce film est présentée.

Le présent mémoire constitue une étude numérique sur la méthode globale de collocation par fonctions radiales pour la résolution de l'équation de diffusion. Ce type de méthode ne comporte pas de maillage contrairement aux méthodes par différences finies ou éléments finis. Elle peut s'appliquer à des ensembles de points dispersés au hasard. La résolution de l'équation de diffusion avec des conditions de Neumann de flux massique nul à la surface a été expérimentée en une dimension et deux dimensions. Divers paramètres ont été étudiés tel que le nombre de points, leur disposition spatiale et autres configurations pertinentes afin d'optimiser la méthode. D'excellents résultats ont été obtenus en une dimension avec un faible nombre de points comparativement aux méthodes classiques. Par contre, une résolution adéquate en deux dimensions s'est avérée impossible pour cause de diverses instabilités numériques.

Ce mémoire introduit une approche globale de modélisation de l’usinage des alliages d’aluminium à haute résistance (grade aéronautique). Un modèle Éléments Finis 2D de coupe orthogonale d’un alliage d’aluminium en formulation Lagrangienne permettant la formation d’un copeau, le calcul des efforts de coupe ainsi que la prédiction de la surface générée est présenté. Ce modèle a été obtenue en utilisant le logiciel commercial, ABAQUS / Explicit V6.13. La loi de comportement de Johnson-Cook (JC) avec endommagement a été utilisée pour décrire le comportement du matériau de la pièce à usiner. L’équation d’endommagement de JC a été utilisée pour tenir compte de la localisation de cisaillement lors de la formation du copeau segmenté. Les coefficients de la loi de comportement de JC sont identifiés par des tests mécaniques et des essais d'usinage spécifiques. Le modèle de frottement de Coulomb-Orowan a été utilisé pour caractériser les effets collant/glissant au niveau de l'interface outil-copeau, le coefficient de frottement et les flux de cisaillement ont été déterminés par des essais d'étalonnage et d’usinage, respectivement. Une étude de sensibilité a montré une précision raisonnable dans la géométrie du copeau et dans les efforts de coupe prédites en utilisant les propriétés des matériaux déterminées expérimentalement et le modèle de friction proposé. Mots-clés : usinage, alliages d’aluminium, élément Finis, formulation Lagrangienne, coupe orthogonale, loi de comportement de Johnson-Cook (JC), loi d’endommagement de JC, modèle de frottement de Coulomb-Orowan, copeau segmenté, efforts de coupe. / This study introduces a global solution for modelling machining process of high-strength‎ aluminium alloy (aeronautical grade). A 2D finite element model, based on a Lagrangian approach, for orthogonal cutting of an aluminum alloy allowing the formation of a chip, the calculation of the cutting forces as well as generated surface is presented. The solution was achieved using a commercial software package, ABAQUS/Explicit V6.13. The Johnson-Cook (JC) equation with damage evolution is used to describe the workpiece material behavior. The JC damage equation was used to take into account for the shear localization during the segmented chip formation. The JC coefficients are identified by material tests and machining data. The JC coefficients are identified by material tests and machining data. Coulomb-Orowan friction model has been used to characterize the sliding/sticking effects on the tool-chip interface with the friction coefficient and shear flow stress determined by force calibration and machining data, respectively. A sensitivity analysis has shown a reasonable accuracy for predicted chip geometry and cutting forces using the experimentally determined material properties and the proposed friction model. Keywords: machining, aluminum alloy, finit element, Lagrangian approach, orthogonal cutting, Johnson-Cook (JC) equation, JC damage equation, Coulomb-Orowan friction model, segmented chip, cutting forces.

Parmi les aciers, les alliages Fe-Mn-C présentent un meilleur compromis entre une forte résistance à la traction (Rm  1000 MPa) et une bonne ductilité (A(%) 40%) dû à un mode de déformation basé à la fois sur le glissement de dislocations et un maclage intense (effet TWIP). À cette combinaison de propriétés mécaniques s’ajoute le fait que les alliages Fe-Mn-C ne sont pas résistants à la corrosion surtout dans un environnement riche en ions chlorure (Cl-), ce qui fait d’eux des matériaux potentiellement utilisables pour des applications de stents biodégradables. En effet, la tendance à la corrosion de ces alliages pourrait être exploitée efficacement pour des applications biomédicales. Cependant le contrôle de la dégradation reste un élément primordial pour les métaux biodégradables. Étant à l’origine conçus pour l’industrie de l’automobile il n’existe aucun standard ni protocole pour effectuer les tests de dégradation in-vitro pour cette catégorie d’alliages. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement à la dégradation in-vitro d’alliages Fe-Mn-C à effet TWIP dans différentes solutions pseudo-physiologiques dans des conditions semblables au comportement du matériau une fois implanté dans l’artère. Étant donné que lors du déploiement, le matériau utilisé comme stent subit une déformation plastique, et qu’une fois déployé, sa dégradation dans l’artère se fait dans un environnement riche en CO2, l’étude a également porté sur l’influence de la déformation plastique ainsi que l’effet d’un environnement riche en CO2 sur la vitesse de dégradation. Les résultats obtenus montrent que le pourcentage de déformation plastique n’a pas d’influence significative sur la vitesse de dégradation. Par contre, le pourcentage de Mn dans l’alliage, la présence d’une atmosphère riche en CO2, la nature et la quantité d’ions présents dans les solutions pseudo-physiologiques ou encore la présence de protéines telle que l’albumine ont une grande influence sur la nature des produits de dégradation formés ainsi que la vitesse de dégradation des alliages Fe-Mn-C. / Among steels, Fe-Mn-C alloys achieve the best compromise between high ultimate strength (UTS1000 MPa) and good ductility ((%)  40%) with a deformation mode based on both the dislocations glide and twinning induced plasticity effect (TWIP effect). At this combination of mechanical properties it can be add the fact that Fe-Mn-C alloys are low corrosion resistant in rich chloride ions (Cl-) environment. This good combination of mechanical and low corrosion properties makes them potentially useful materials for biodegradable stents applications. In fact their tendency to be low corrosion resistant can be exploited efficiently for biomedical applications by controlling their degradation behavior. However, Fe-Mn-C alloys are initially designed for the automotive industry in order to get lighter body metals which are able to absorb energy in case of impact. So there is no standard or protocol to perform in-vitro degradation tests for this class of alloys for use as biodegradable stents. This thesis was therefore devoted to studying the degradation behavior of some Fe-Mn-C alloys with TWIP effect in pseudo-physiological solutions. When deploying the stent into arteries they undergo severe plastic deformation, and once deployed, degradation occurs in a CO2-rich environment, therefore this study also examined the influence of plastic deformation and CO2 gas pressure effect on the degradation behavior in order to have experimental conditions that are closer to what happens in the artery. The results obtained show that the plastic deformation has no significant effect on the degradation rate, on the other hand the percentage of Mn, the presence of CO2 partial pressure, the presence and quantities of carbonate and phosphate ions in the solution or the presence of albumin have a great influence on the formation of degradation products and therefore the degradation rate of the Fe-Mn-C alloys.

Les alliages utilisés dans les turbines hydroélectriques sont soumis à des fluides corrosifs et érosifs et nécessitent un entretien. Récurrent la réparation et la restauration par soudage de pièces endommagées prennent beaucoup de temps et sont inefficaces, car elles nécessitent un traitement thermique et un usinage supplémentaires pour restaurer les propriétés et atteindre les dimensions d'origine. Cependant, l'application de revêtements de protection résistant à l'usure pourrait être une approche appropriée pour améliorer la durabilité et la performance des composants de la turbine. De plus, les revêtements eux-mêmes pourraient être utilisés pour la réparation et restauration de composant qui ont été usés. Cette étude porte sur l'utilisation de revêtements d'aluminure de fer renforcées avec du TiC et la caractérisation de sa résistance à l’usure. La première partie de cette recherche avait pour but de développer un procédé de synthèse de poudre composite à matrice de Fe₃Al renforcée par des particules de TiC employant la synthèse par combustion. La synthèse par combustion est ressortie comme une méthode économique et rentable pour la synthèse de matériaux composites à base d’intermétalliques. Les effets de la taille des particules des poudres de départ et du temps de pré-broyage des précurseurs sur la microstructure de la poudre finale ont été étudiés. Les poudres composites synthétisées ont été caractérisées par diffraction des rayons X (XRD) et par microscopie électronique à balayage (MEB) équipées d’un spectromètre rayons X à dispersion d’énergie (EDS). La composition chimique de la poudre ciblée, la microstructure et la distribution spatiale optimale des particules de TiC ont été obtenues en utilisant un temps de pré-broyage de 30 min et une température du four de 1100 °C. Les poudres synthétisées dans cette condition contenaient uniquement des phases Fe₃Al et TiC. À l'étape suivante, les poudres de Fe₃Al contenant diverses fractions volumiques de particules de TiC renforçant la matrice ont été déposées sur un substrat en acier doux en utilisant la technique de projection thermique à haute vitesse (HVOF). La résistance à l'usure des revêtements par glissement à sec (pin-on-disc) a été caractérisée en utilisant une contre face en Al₂O₃ ayant un diamètre de 6.33 mm. Tous les essais d'usure par glissement ont été effectués à température ambiante avec des vitesses de glissement allant de 0.04 m/s à 0.8 m/s. Il a été constaté qu'une augmentation de la teneur en TiC de 30% molaire à 50% molaire augmente la résistance à l'usure de 11% et 75% pour des vitesses de glissement de 0.1 m/s et 0.8 m/s respectivement. / En outre, une augmentation supplémentaire de la teneur en TiC jusqu'à 70% molaire a fourni des revêtements avec des taux d'usure d'un ordre de grandeur inférieurs à ceux mesurés pour les revêtements Fe₃Al-50% TiC molaire. Il a également été constaté que le taux d'usure augmente en augmentant la vitesse de glissement jusqu'à atteindre un point maximum puis diminue en augmentant encore la vitesse de glissement. Plus précisément, le taux d'usure maximale de chaque série de revêtements s'est déplacé vers des vitesses plus basses en augmentant la teneur en TiC. Les mécanismes d'usure dominants pour de tels revêtements et conditions d'essai ont été identifiés comme étant l'usure par abrasion, l'usure par adhésion, l'usure par fatigue et l'oxydation. Les résultats ont montré que, lors de l'utilisation de poudres de matières premières produites par synthèse de combustion, les revêtements HVOF présentaient une résistance à l'usure environ 1.5 à 20 fois plus élevée que les revêtements avec une composition identique produit par broyage haute énergie. La troisième partie de cette recherche portait sur la comparaison du comportement en usure par glissement des revêtements d'aluminure de fer avec des particules de TiC in-situ et exsitu. Les poudres de charge utilisées pour le revêtement par HVOF ont été préparées en employant un procédé mécanosynthèse. Il a été constaté que l'introduction de 10 % en volume de TiC synthétisé in situ pourrait être bénéfique pour améliorer la résistance à l'usure des revêtements. Cependant, une teneur plus élevée en TiC in-situ a diminué la résistance à l'usure des revêtements. Le mécanisme d'usure dominant était la délamination et l'usure par oxydation. / It was also found that the wear rate increases by increasing the sliding speed until it reaches a maximum point and drops by further augmentation of the sliding speed. More specifically, the maximum wear rate of each series of coatings shifted to lower speeds with increasing TiC content. The dominant wear mechanisms for such coatings and test conditions were identified to be abrasive wear, adhesive wear, fatigue wear and oxidation. Results showed that, when using feedstock powders produced by combustion synthesis, HVOF coatings exhibited about 1.5 to 20 times higher wear resistance compared to the feedstock with identical composition produced by high-energy ball milling. The third part of this research was concerned with comparing the sliding wear behaviour of iron aluminide coatings with in-situ and ex-situ TiC particles. The feedstock powders used for HVOF was prepared by employing mechanical alloying process. It was found that introducing 10 vol. % of in-situ synthesized TiC could be beneficial in improving the wear resistance of coatings. However, higher content of in-situ TiC decreased the wear resistance of coatings. The dominant wear mechanism was found to be delamination and oxidative wear. / Alloys used to manufacture hydroelectric turbines are subjected to corrosive and erosive media and require recurrent maintenance. Repair and restoration of damaged parts by welding are highly time-consuming and cost-ineffective since it needs further heat treatment and machining to restore the properties and achieve the original dimensions. However, applying a protective and wear resistant coating could be a suitable approach to improve the durability and performance of turbine components. Moreover, coatings could be used to repair and restore worn components. This study focuses on the use of TiC-reinforced iron aluminide coatings and the characterization of its wear resistance. The first part of this research was undertaken to develop a process to synthesize Fe₃Al matrix composite powder reinforced with TiC particles employing combustion synthesis. Combustion synthesis has emerged as energy and cost-effective method for synthesis of metal-based composite materials. The effects of particle size on starting powders and premilling time of precursors on the final powder microstructure were studied. The synthesized composite powders were characterized by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS). The targeted powder chemistry, microstructure and optimum spatial distribution of TiC particles were obtained using a pre-milling time of 30 min and a furnace temperature of 1100 °C. Powders synthesized in this condition contained only Fe3Al and TiC phases. At the next step, the Fe₃Al powders containing various volume fractions of reinforcing TiC particles were deposited on a mild steel substrate using the high-velocity oxy-fuel (HVOF) technique. Dry-sliding wear resistance (pin-on-disk) of the coatings was characterized using an Al₂O₃ counterface having a diameter of 6.33 mm. All the sliding wear tests were conducted at room temperature with sliding speeds ranging from 0.04 m/s to 0.8 m/s. It was found that an increase in the TiC content from 30 mol % to 50 mol % increases wear resistance by 11% and 75% for sliding speeds of 0.1 m/s and 0.8 m/s, respectively. Moreover, further increase in TiC content to 70 mol % provided coatings with wear rates one order of magnitude lower than those measured for Fe₃Al-50 mol % TiC coatings.

Dans cette thèse, les performances de différentes anodes Pb-Ag utilisées pour l'extraction électrolytique du zinc ± electrowinning ¿ ont été étudiées dans un electrolyte acide de sulfate de zinc avec ou sans la présence d'ions Mn²+ à 38°C, à l'aide de méthodes conventionnelles et plus récentes telles le bruit électrochimique et la spectroscopic d'impédance électrochimique. En outre, l'influence de la gélatine, de l'acide malonique et d'autres additifs sur l'efficacité du courant, la surtension anodique et la morphologie du dépôt de zinc a été examinée pendant l'extraction électrolytique du zinc dans des solutions acides de sulfate de zinc contenant des ions de manganèse avec ou sans impuretés sous une densité de courant de 50 mA/cm² à 38°C. On a montré, par voltammétrie cyclique, que l'utilisation d'une anode en alliage Pb-0,7%Ag pour l'extraction électrolytique du zinc dans un electrolyte acide de sulfate de zinc permettrait de diminuer le pic d'oxydation Pb ?? PbS0₄ par 40% et d'augmenter la hauteur du pic d'oxydation de PbS0₄ -> β-Pb0₂ de 40%. (Chapitre 4) Le comportement de trois anodes en alliage Pb-Ag (avec 0,5%Ag, 0,6%Ag et 0,7%Ag) a été évalué par des mesures galvanostatiques, potentiodynamiques et du bruit électrochimique pendant l'extraction électrolytique du zinc. On a observé que l'anode Pb-0,5%Ag avait la plus haute surtension anodique, suivie par celles contenant 0,6%Ag et 0,7%Ag. En comparaison, l'anode de Pb-0,5%Ag présentait plus de produits de corrosion pendant la polarisation (ou l'électrolyse), avec un plateau important d'une valeur moyenne de 1,61 V/SHE pendant la plus longue période (45 minutes), alors que l'anode en alliage Pb-0,7%Ag a montré la formation de cellules galvaniques plus actives en début de chute de potentiel (11-16 h de chute de potentiel) pouvant correspondre à une corrosion localisée plus importante dû à la présence en plus grande quantité des phases contenant Ag et ce, après 24 h d'électrolyse. Durant la décroissance du potentiel électrochimique, un contenu plus élevé en Ag dans l'anode favorise donc une meilleure résistance à la corrosion. Toutefois, à la toute fin de la chute du potentiel, on a observé qu'une teneur plus élevée en argent dans l'anode augmentait légèrement la vitesse de corrosion. (Chapitre 5) À l'aide de la technique du bruit électrochimique, on a pu montrer que la valeur absolue des pentes reliées à la puissance de la densité spectrale ± PDS ¿ des trois anodes Pb-Ag pouvait correspondre à différentes réactions de corrosion et/ou types de corrosion. En effet, l'anode de plomb contenant 0,5%Ag montre une corrosion uniforme en début d'analyse (première heure) et une corrosion localisée à la fin d'une chute de potentiel de 16 h, alors qu'avec une anode contenant 0,7%Ag, on observe une corrosion localisée importante au début, suivie d'une corrosion uniforme, pour revenir finalement à une corrosion localisée. En comparant les paramètres du bruit électrochimique avec les résultats obtenus par les méthodes conventionnelles, on constate que cette nouvelle approche constitue une technique très valable pour étudier l'influence de l'argent comme élément d'alliage sur la vitesse de corrosion des anodes en plomb. (Chapitre 6) Une anode de l'alliage Pb contenant 0,56%Ag a été étudiée par spectroscopic d'impédance électrochimique ± SIE ¿ dans un electrolyte acide de sulfate de zinc conventionnel contenant MnSO₄ pour évaluer son activité électrochimique pendant et après l'électrolyse. La polarisation galvanostatique sous 50 mA/cm² et à 38°C a été effectuée pendant 5 h. Une chute de potentiel de 6 h a été observée. Durant la première heure de la chute de potentiel, le procédé de diffusion ionique contrôle la réaction électrochimique, alors que durant la période suivante de la chute du potentiel (2 à 6 h), la capacité électrochimique de la couche double et celle du film en surface diminuent en fonction du temps d'immersion. Par contre, la résistance de la couche externe ainsi que la charge de transfert augmentent en fonction du temps. (Chapitre 7) Une anode de l'alliage Pb-0,25%Ag-0,1l%Ca et trois anodes commerciales en plomb contenant 0,56%Ag, 0,6%Ag et 0,69%Ag ont aussi été étudiées dans un electrolyte acide de sulfate de zinc avec ou sans additions de MnS0₄ utilisant les méthodes électrochimiques conventionnelles et la spectroscopic d'impédance électrochimique ± SIE ¿ afin d'évaluer leur activité et comportement à la corrosion durant la chute de potentiel après une electrolyse de 5 h. Un examen des surfaces polies des échantillons ont montré que l'anode renfermant un contenu le plus élevé en Ag possédait le plus bas courant de corrosion parmi les quatre types d'anode examinés, suivie par les anodes contenant 0,6%Ag, 0,25%Ag-0, l%Ca et 0,56%Ag. (Chapitre 8) On a constaté que l'addition d'acide malonique pouvait augmenter l'efficacité de courant d'electrolyse et diminuer les potentiels anodique et cathodique ainsi que le potentiel de la cellule électrolytique dans un electrolyte standard. De plus, dans le cas d'un electrolyte industriel contenant de l'antimoine comme impureté, l'ajout de l'acide malonique ± MA ¿ a conduit à une augmentation du pourcentage d'efficacité de courant non négligeable. Le chlorure de Triethylbenzylammonium ± TEBAC1 ¿ est le meilleur additif pour favoriser une efficacité de courant en présence d'impuretés Ni²⁺ (concentration de ~5 mg/L). On a aussi observé que le TEBAC1 contrecarrait mieux l'effet délétère du Sb³⁺ que les autres additifs tels que le polyethylene glycol, le sulfate laurique de sodium, l'acide de perfluoroheptanoique et l'acide malonique, mais pas aussi efficace que la colle et le chlorure ensemble. L'ajout de 2 mg/L de ± TEBAC1 ¿ à la solution d'acide sulfurique en présence d'ions nickel a augmenté le potentiel cathodique de la réaction d'évolution de l'hydrogène sur le dépôt de zinc de façon plus importante qu'avec une solution contenant 100 mg/L d'acide malonique. (Chapitre 9) L'analyse du bruit électrochimique dans le domaine des temps (paramètres de skewness et de kurtosis) était appropriée pour indiquer l'effet combiné de différentes concentrations de gélatine et d'antimoine sur le procédé d'extraction électrolytique du zinc. Les valeurs des pentes de skewness et de kurtosis tout autour de la moyenne ± 0 ¿ signifient que la distribution des données est symétrique autour de la valeur moyenne et que la forme des courbes est semblable à celle d'une distribution normale. Cela semble correspondre à la meilleure combinaison de l'effet synergique de l'impureté et de l'additif pour une efficacité de courant plus élevée, des surtensions anodique et cathodique faibles et de meilleurs dépôts denses et uniformes. (Chapitre 10)

L'ajout de lithium dans les alliages d'aluminium permet de diminuer leur masse volumique tout en augmentant leur rigidité. En considérant des propriétés mécaniques aux moins égales aux alliages traditionnels d'aluminium, il est facile de comprendre pourquoi ces nouveaux alliages deviennent intéressants dans le domaine de l'aéronautique. En effet, la diminution de la masse volumique permettra de diminuer la consommation d'essence due au poids plus faible des composantes. Le domaine de l'aéronautique demandant des contraintes de sécurité majeures, il est donc important de bien comprendre les propriétés mécaniques des alliages d'aluminium-lithium ainsi que les différents phénomènes influençant ces propriétés. La résistance mécanique des alliages d'aluminium-lithium est améliorée par la présence de plusieurs types de précipités qui entravent le mouvement des dislocations. Les alliages Al-Li-x actuels utilisent plusieurs précipités semi-cohérents et cohérents pour le durcissement. L'avantage d'utiliser une co-précipitation de δ' (Al₃Li), T1 (Al₂CuLi) et de S' (Al₂CuMg) provient du fait que ces phases métastables précipitent sur différents plans, ce qui optimise le blocage du mouvement des dislocations. La microstructure obtenue en est une qui est rarement recristallisée dû à la présence de précipités cohérents Al₃Zr qui empêche la recristallisation. Par conséquent, ces alliages présentent des propriétés mécaniques anisotropes, qui ne sont pas équivalentes dans toutes les directions. Ceci est causé par la présence de textures cristallographiques, particulièrement la texture fibre <111>. Les propriétés mécaniques obtenues dans l'alliage 2099 T83 étudié varient selon les emplacements et selon l'orientation des échantillons par rapport à l'axe de déformation (extrusion). Les résistances sont plus élevées dans la direction longitudinale d'un profilé cylindrique qui présente aussi les plus fortes intensités de texture fibre <111>. Grâce à la caractérisation mécanique, microstructurale et de la texture cristallographique, des modèles permettant de prédire l'anisotropie et les propriétés mécaniques en fonction de l'intensité de la texture fibre <111> ont pu être développés. Par la suite, l'effet de la densité de précipités T₁ sur l'anisotropie des propriétés mécaniques statiques a pu être démontrée.

Au cours de la dernière décennie, les alliages de fonderie Al-Si ont été utilisés de plus en plus comme une alternative appropriée à la fonte dans la fabrication de composants de moteurs (par exemple les culasses). Les objectifs du projet étaient d'étudier l'effet des éléments tels que le cuivre, le magnésium et le fer sur les défauts de solidification, et sur l'évolution des phases poste-eutectiques les alliages de fonderie Al-Si. Tout d’abord, les travaux antérieurs sont soigneusement examinés afin de mieux comprendre les charges de fatigue thermomécanique, les caractéristiques, les exigences et les matériaux applicables dans les composantes du moteur. Par la suite, les défauts de solidification (tendance de fissuration à chaud (HTS) et microporosité) des alliages à base d’Al-Si ont été évalués. En augmentant la teneur en Cu et en Fe des alliages, la valeur de HTS et de microporosité ont été augmentées. Les indices théoriques de fissuration à chaud ont été simulés avec un modèle de microségrégation multiphasique avec rétrodiffusion dans la phase primaire «multiphase back diffusion model». La corrélation obtenue entre les résultats expérimentaux (HTS) et les résultats simulés est excellente. L’effet de la composition chimique (Cu, Mg et Fe contenu) dans les alliages Al-Si sur l'évolution de la microstructure ont donc été étudiées. Les microstructures à l'état de coulée et à l'état de traitement thermique de mise en solution (SHT) ont été évaluées par les microscopies optique/électronique. Deux intermétalliques contenant du Mg (Q-Al5Cu2Mg8Si6, π-Al8FeMg3Si6) qui apparaissent avec une couleur grise sous le microscope optique ont été discriminés par des attaques chimiques que nous avons développées. L’analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC) a été utilisée pour examiner les transformations de phase survenant au cours du processus de chauffage et de refroidissement. Les calculs thermodynamiques ont été effectués pour évaluer la formation de la phase à l'état d'équilibre et hors-équilibre. Les résultats ont démontré que la séquence de solidification et la stabilité des intermétalliques contenant du Cu/Mg ont été fortement influencée par la composition chimique des alliages. La phase Q-Al5Cu2Mg8Si6 a été solidifiée soit à la même température ou plus tôt que la phase θ-Al2Cu en fonction de la teneur en Cu de l'alliage. Par ailleurs, les phases Q-Al5Cu2Mg8Si6 et π-Al8FeMg3Si6 qui étaient solubles à 505℃ dans l'alliage Al-7Si-1.5Cu-0.4mg, sont restées presque intactes dans l'alliage Al-7Si-1.5Cu-0.8mg wt.-%. Bien que l’intermétallique-AlCuFe a été à peine observé dans la microstructure de coulée, la réaction entre la phase primiare α-Al avec la phase β-Al5FeSi a causé la formation de la phase N-Al7Cu2Fe au cours de la mise en solution. La transformation de phase à l'état solide de la phase β-Al5FeSi à la phase N-Al7Cu2Fe a également été étudiée. / Over the past decade, Al-Si based foundry alloys have increasingly been used as a suitable alternative for cast iron in the fabrication of engine components. This project was aimed to study the effect of Cu, Mg and Fe elements on solidification defects (hot rearing tendency and microporosity), and on evolution of post eutectic phases in the Al-7Si (wt.-%) based alloys. Initially, the previous works and the most pertinent literatures were thoroughly reviewed to elaborate the thermo-mechanical fatigue loads, characteristics, requirements and materials applicable in engine components (mainly cylinder-head). Subsequently, the solidification defects of the Al-Si based alloys were evaluated. By increasing Cu and Fe content of the alloys, the hot tearing sensitivity and the microporosity content of the alloys were both enhanced. Multiphase back diffusion model was utilized to simulate the theoretical hot tearing indices. A very good correlation was obtained between the experimental and the theoretical hot tearing indices. Effect of the chemistry (Cu, Mg and Fe content) on microstructure evolution of the Al-Si foundry alloys was consequently studied. As-cast and solution heat treated (SHT) microstructures of the alloys were evaluated by optical- and electron-microscopy. Two etchants were developed to discriminate the Mg-bearing intermetallics (Q-Al5Cu2Mg8Si6, π- Al8FeMg3Si6) under optical microscope. Differential scanning calorimetry (DSC) was utilized to examine the phase transformations occurring during heating/cooling process. Thermodynamic computations were carried out to assess the phase formation in the equilibrium/non-equilibrium conditions. According to the predicted/experimental results, the solidification sequence and the stability of Cu/Mg bearing intermetallics are strongly influenced by the chemistry of the alloys. Q-Al5Cu2Mg8Si6 phase was solidified either at the same temperature or earlier than θ-Al2Cu phase depending the Cu content of the alloy. Moreover, Q-Al5Cu2Mg8Si6 and π- Al8FeMg3Si6 which were soluble at 505℃ in the alloy Al-7Si-1.5Cu-0.4Mg, remained almost intact in the alloy Al-7Si-1.5Cu-0.8Mg wt.-%. Tough the AlCuFe- intermetallic was barely observed in the as-cast microstructure, the reaction of α-Al with the β-Al5FeSi phase caused the formation of the N-Al7Cu2Fe phase during SHT. The solid state phase transformation (precipitation temperature and mechanism) of β-Al5FeSi to the N-Al7Cu2Fe phase was also investigated.

Nos travaux ont porté sur la caractérisation de l’influence du cuivre sur la trempabilité. Vu le manque d’information concernant ce sujet, notre étude s’est fixée comme objectif général la caractérisation de l’effet du cuivre préallié et prémélangé sur la trempabilité des aciers MP (fabriqués par métallurgie des poudres). Dans un premier temps, l’étude vise à comparer l’effet du cuivre préallié (Cu p) et prémélangé (Cu m) sur la trempabilité et les propriétés mécaniques finales. Ensuite, elle tentait de prouver l’existence d’effet synergique entre le cuivre et le molybdène. Les résultats ont permis de démontrer l’influence de cuivre sur la trempabilité en fonction de l’étendue de notre étude. Ainsi, la distribution spatiale du cuivre dans la matrice de fer et son pourcentage, qui résultent de sa méthode d’addition et des conditions de traitement, affectent sa participation à la trempabilité et par la suite les propriétés mécaniques finales. En plus, d’après le plan d’expériences utilisé, le cuivre participe d’avantage à la trempabilité avec un effet synergique avec le molybdène. Il est aussi intéressant de mentionner que, dans les conditions de notre étude, l’effet du cuivre préallié sur la compressibilité est très faible (+4 %) par rapport au cuivre prémélangé. À un taux de refroidissement supérieur à 1,6 °C/s, l’addition de 2 %-pds de cuivre prémélangé et/ou préallié permet de former de la martensite. En effet, additionné sous forme préallié, 2 %-pds de cuivre permet de transformer 90,8 %-vol de la microstructure en martensite et ce, en respectant un taux de refroidissement de 2 °C/s. Cette microstructure est homogène. Ainsi, malgré la faible densité, cette microstructure améliore la dureté apparente et le module de rupture transversale d’à peu près 20 points sur l’échelle HRB et de 500 MPa respectivement et ce, pour un taux de 2,0 °C/s par rapport à l’acier Fe-0.6C-0.85Mo. D’autre part, le même pourcentage de cuivre additionné sous forme prémélangé permet la formation de 30 %-vol de martensite qui se concentre près des joints des grains. La microstructure est dans ce cas hétérogène. Pour les densités de pièces considérées, leurs propriétés mécaniques sont peu affectées par ce changement microstructural. / This study aims at understanding and quantifying the difference between the effects of premixed and prealloyed copper on hardenability. Given the lack of information concerning this subject, our study has set as general objective the characterization of the effect of prealloyed and premixed copper on the hardenability of PM steels. First, our study aims to compare the effect of prealloyed and premixed copper on the hardenability and the final mechanical properties. Then, it tried to prove the existence of synergistic effect between copper and molybdenum. According to the results, molybdenum and copper are the main parameters controlling hardenability within the scope of our study. In fact, spatial distribution of copper in the iron matrix and its percentage, which result from its method of addition and the condition of heat treatment, affect its participation in hardenability and consequently the final mechanical properties. Moreover, copper takes part in hardenability with a synergistic effect with molybdenum. It is also interesting to mention that for the conditions of our study, the effect of prealloyed copper on compressibility compared to premixed copper is very low (+ 4%). In fact, at a 1,6 °C/s cooling rate, the addition of 2 %-wt premixed and /or prealloyed copper allows the formation of martensite. Indeed, added as prealloyed, 2 %-wt copper transforms 90,8 %-vol of the microstructure into martensite using a cooling rate of 2 °C/s. Moreover, the obtained microstructure is homogeneous. Despite its low density, this microstructure improved apparent hardness by 20 points on HRB scale and 500 MPa for transverse rupture strength (TRS) using a cooling rate of 2 °C/s. On the other hand, with the same weight percent, premixed copper transforms only 30 %-vol of the microstructure into martensite. Moreover, the obtained microstructure is heterogeneous. For the range of green densities studied, it appears that this microstructure has little effect on mechanical properties.

Dans ce travail, le comportement à la corrosion et les propriétés mécaniques de trois alliages de magnésium résistants au fluage, AXJ530, MRI 153 et ZAEX10430, ont été évalués en fonction de la microstructure. Ces alliages ont été obtenus par trois approches différentes : (1) moulage sous pression à partir de l'état liquide ; (2) moulage sous pression à l'état semi-solide, à partir de billettes coulées en moule permanent avec brassage électromagnétique ; et (3) sans brassage. En outre, les propriétés de ces alliages ont été comparées à celles de l'alliage conventionnel AZ91D. Le comportement à la corrosion a été étudié dans trois milieux différents, à savoir un milieu alcalin à faible salinité, un milieu neutre à faible salinité et un milieu neutre à forte salinité. Ces études ont été réalisées essentiellement à l'aide des techniques de polarisation potentio-dynamique et de spectroscopie d'impédance. Quelques essais ont également été menés avec les techniques du bruit électrochimique et du SRET (Scanning Référence Electrode Technique). Les alliages AXJ530, MRI 153 et ZAEX 10430 se sont montrés passifs dans la solution alcaline, contrairement à l'alliage AZ91D. Dans les solutions neutres, tous les alliages ont été sujets à la corrosion générale. Cependant, les alliages AZ91D et MRI 153 ont montré une résistance à la corrosion supérieure à celle affichée par les alliages AXJ530 et ZAEX 10430. En outre, les alliages moulés à partir de l'état semi-solide ont montré une meilleure résistance à la corrosion par rapport à ceux moulés à partir de l'état liquide, mis à part l'alliage ZAEX10430. D'autre part, nos travaux ont montré que la limite d'élasticité et la résistance maximale des alliages AXJ530 et MRI 153 sont similaires et ne semblent pas dépendre du procédé de moulage. Cependant, il est à noter que l'alliage ZAEX10430 a montré une meilleure limite d'élasticité mais une résistance à l'impact inférieure par rapport à celles des deux autres alliages. De plus, les trois alliages étudiés ont montré, d'une façon significative, une meilleure résistance au fluage par rapport à l'alliage AZ91D. L'alliage AXJ530 a montré la meilleure résistance au fluage suivi du ZAEX10430 et finalement du MRI 153. Le procédé de moulage ne semble pas exercer un effet marqué sur la résistance au fluage des alliages AXJ530 et MRI 153. Cependant pour l'alliage ZAEX10430, il a été observé que le taux de fluage dépendait du procédé de moulage. / In this thesis, the corrosion behaviour and the mechanical properties of the creep-resistant AXJ530, MRI 153 and ZAEX10430 magnesium alloys were evaluated and compared. The studied alloys were produced by three different methods in order to obtain different microstructures: (1) die-cast from remelted billets, (2) thixocast from billets electromagnetically-stirred during solidification, and (3) from thixocast from billets that were freely solidified in a steel mould. The conventional AZ91D magnesium alloy was considered as a reference alloy. The corrosion behaviour was studied in three media: a low salinity alkaline medium, a low salinity neutral medium and a high salinity neutral medium. Corrosion studies were carried out using potentio-dynamic polarization technique and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Furthermore, some analyses were performed using electrochemical noise and scanning reference electrode technique (SRET). The AXJ530, MRI 153 and ZAEX 10430 alloys were found to be passive in the alkaline solution, contrary to AZ91D alloy. In the two neutral solutions, ail the studied magnesium alloys were prone to general corrosion attack. However, AZ91D and MRI 153 showed better corrosion resistance than AXJ530 and ZAEX10430. Besides, except for ZAEX10430, thixocast alloys were found to be more corrosion resistant than die-cast ones. The tensile strength and impact resistance of AXJ530, MRI 153 and AZ91D alloys were found to be quite similar, while the ZAEX 10430 specimens showed superior strength but reduced ductility and impact strength. On the other hand, the studied magnesium alloys exhibited significantly improved creep behaviour as compared to that of AZ91D alloy. AXJ530 alloy showed the best creep resistance (based on creep strain and minimum creep rates) followed by ZAEX10430 and MRI 153 alloys. The creep behaviour of AXJ530 and MRI 153 were independent of the casting technique, while the minimum creep rate of ZAEX 10430 specimens was found to be influenced by the casting technique.