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.

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.

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.

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 comportement à la corrosion de deux revêtements composites à matrice intermétallique Fe₃Al préparés par la technique HVOF (High Velocity Oxy Fuel) a été étudié dans une solution à 3.5% en poids de NaCl et comparé au Fe₃Al non renforcé. En outre, le chrome en tant qu'élément d'alliage utilisé dans la charge d'alimentation de HVOF pour évaluer l'effet du chrome sur le comportement à la corrosion du revêtement. Les techniques électrochimiques, y compris la polarisation potentiodynamique, le potentiel de circuit ouvert (OCP) et la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) ont été considérées. La surface de l'échantillon a été analysée après la corrosion en utilisant un microscope électronique à balayage (MEB) et une spectroscopie photoélectronique par rayons X (XPS). L'essai de potentiel en circuit ouvert a révélé qu'il existe sur le revêtement une couche d'oxyde qui pourrait être due à la technique HVOF utilisant de l'oxygène gazeux pour appliquer les revêtements. Les diagrammes de polarisation potentiométrique ont révélé que l'ajout de particules de TiC à la matrice Fe₃Al améliore les performances de corrosion de Fe₃Al, de sorte que les revêtements Fe₃Al / TiC présentent un taux de corrosion légèrement 6 fois supérieur. Une spectroscopie d'impédance électrochimique a été réalisée pour étudier les mécanismes de prévention de la corrosion des revêtements et un mécanisme différent était supposé pour Fe₃Al-Cr / TiC. Une analyse post-corrosion, telle que les spectres XPS et les images MEB de la couche passive, a été réalisée pour étudier la forme de corrosion. L'analyse élémentaire de la couche passive a révélé que l'addition de chrome au revêtement composite, fournit une couche passive plus protectrice en bloquant les sites d'entrée des ions chlorure. Essais de polarisation cyclique effectués dans une solution d'acide sulfurique 0.25 M pour étudier le comportement de passivation et de piqûration de revêtements dans une solution différente pour comparer les résultats de plusieurs autres travaux sur des aluminiures de fer avec Fe₃Al et deux revêtements composites de Fe₃Al /TiC et Fe₃Al-Cr/TiC. Les résultats de la polarisation cyclique potentiodynamique ont révélé que les performances de corrosion des revêtements composites dans cette solution sont légèrement meilleures que Fe₃Al. Cependant Fe₃Al-Cr/TiC présente une résistance à la piqûration inférieure à celle de deux autres revêtements. / The corrosion behavior of two Fe₃Al intermetallic matrix composite coatings (Fe₃Al/TiC and Fe₃AlCr/TiC) that prepared by high velocity oxy fuel (HVOF) technique was studied in 3.5 wt.% NaCl solution and compared with non-reinforced Fe₃Al. Furthermore, chromium as an alloying element used in the feedstock of HVOF to evaluate the effect of chromium on corrosion behaviour of the coating. Four electrochemical techniques, open circuit potential potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were employed to examine corrosion behavior in detail. Post-corrosion analysis was done using Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) to reveal the surface morphology and chemistry of the corroded samples. Results from the open circuit potential test revealed that an oxide layer formed on the coating which could be due to oxidation during the HVOF coating process. The Potentiodynamic polarization graphs revealed that adding TiC particles to Fe₃Al matrix improved the corrosion performance of Fe₃Al so that the Fe₃Al/TiC coatings exhibit slightly six times more corrosion rate. The EIS results indicated a more compact corrosion layer formed on the Cr-added coating resulting into the highest coating resistance. This is supported by the SEM/EDS and XPS analyses which revealed that a mixed oxide and hydroxide formed a passive layer. The Cr in the composite coating took the role in providing a more protective passive layer by blocking the entry sites of Clions. The pitting resistance of the Fe₃Al-Cr/TiC coating in 0.25 M H₂SO₄ solution was, however, lower compared to that of the two other coatings. It is concluded that the addition of TiC particles to Fe₃Al matrix, which primarily done for improving wear resistance, improves the corrosion resistance of the coating in saline solution. The addition of Cr into the Fe₃Al/TiC composite coating further improves its corrosion resistance, but the pitting resistance is not improved when tested in acid solution.

Ce projet de travail est divisé en deux études principales: (a) l'influence des certains additifs organiques sur la consommation d'énergie et la pureté du métal de zinc déposé dans le processus d'extraction électrolytique, et (b) l’électrodéposition des alliages binaires et ternaires de Fe-Mo et Fe-Mo-P sur des substrats d’acier doux afin d’agir comme cathodes pour la production de chlorate. (a) Parmi les sept différents additifs organiques examinés, les sels des liquides ioniques ont réussi à augmenter le rendement du courant jusqu'à 95,1% comparé à 88,7% qui a obtenu à partir de l'électrolyte standard en présence des ions de Sb3+. La réduction maximale de la consommation d'énergie de ~173 kWh tonne-1 a été obtenue en ajoutant de 3 mg dm-3 du chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium dans le même électrolyte. La teneur en plomb dans le dépôt de zinc est réduite de 26,5 ppm à 5,1-5,6 ppm en utilisant les sels des liquides ioniques. (b) Des différents binaires Fe-Mo et ternaires Fe-Mo-P alliages ont été électrodéposés sur des substrats d’acier doux. Les alliages préparés ont une tenure en Mo entre 21-47 at.% et une tenure en P de 0 à 16 at.%. L'activité électrocatalytique de ces alliages vers la réaction de dégagement d'hydrogène (RDH) a été étudiée dans des solutions de chlorure de sodium. La réduction maximale de la surtension de RDH de ~313 mV a été obtenue par l’alliage ternaire préparé Fe54Mo30P16 par rapport à celle obtenue pour l'acier doux. La rugosité de surface et l'activité intrinsèque des revêtements de Fe-Mo-P peuvent être l'origine du comportement prometteur de ces électrocatalyseurs vers la RDH. / This work project is divided into two main studies: (a) the influence of certain organic additives on the power consumption and the purity of deposited zinc during electrowinning process, and (b) the electrodeposition of binary and ternary alloys of Fe-Mo and Fe-Mo-P on mild steel substrates to act as cathodes for chlorate production. (a) Among seven different examined organic additives, the ionic liquid salts succeeded to increase the current efficiency up to 95.1% compared to 88.7% obtained from standard electrolyte in presence of Sb3+ ions. Maximum reduction of power consumption of ~173 kWh ton-1 was observed by addition of 3 mg dm-3 of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride to the same electrolyte. Lead content in the zinc deposit is reduced from 26.5 ppm to 5.1-5.6 ppm by using the ionic liquid salts. (b) Different binary Fe-Mo and ternary Fe-Mo-P alloys have been electrodeposited on mild steel substrates. The prepared alloys have Mo content between 21-47 at.% and P content from 0 to 16 at.%. The electrocatalytic activity of these alloys towards the hydrogen evolution reaction (HER) was investigated in sodium chloride solutions. The maximum reduction of HER overpotential of ~313 mV was achieved from the prepared ternary alloy Fe54Mo30P16 compared to that obtained from mild steel. The surface roughness and intrinsic activity of Fe-Mo-P coatings could be the origin of the promising behavior of these electrocatalysts towards the HER.

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.

Contrainte par la réduction des seuils d’émissions autorisés, l'industrie automobile est devenue plus respectueuse de l’environnement et des utilisateurs. Le "downsizing" des moteurs à combustion interne permet de limiter la masse des véhicules mais implique des cycles de combustion aux rendements améliorés et des niveaux de contraintes thermomécaniques plus importants. La pièce la plus sollicitée est la culasse réalisée en alliage Al-Si hypoeutectique. Les défis que cela engage sont doubles : permettre des températures de fonctionnement plus élevées et conserver des propriétés mécaniques optimales. Ces pièces sont traitées thermiquement par une séquence de : mise en solution, trempe et revenu afin d'optimiser le durcissement structural et de limiter le vieillissement en service de l'alliage par la création d'une distribution fine et homogène de nano-précipités dans les phases α pro-eutectique et eutectique. Durant la trempe, des gradients thermiques importants, résultant de vitesses de refroidissement différentes à l’intérieur de la pièce, peuvent provoquer des distorsions et réduire la résistance mécanique effective des pièces en raison de l'apparition de contraintes résiduelles. L’objectif de ce projet doctoral a été de comprendre et de caractériser l’effet de la vitesse de trempe ainsi que du revenu sur la cinétique de précipitation pour limiter l’impact des contraintes résiduelles et maintenir le potentiel durcissant sur quatre nuances industrielles. Les échantillons ont été coulés au centre de R&D Montupet par gravité à la louche dans une coquille thermo-régulée calibrée. Les échantillons comportent un SDAS compris entre 15 et 25μm, représentatif de celui en face feu des culasses automobiles. Chaque nuance a été au préalable caractérisée selon leur état métallurgique puis, dans un second temps, par simulations numériques afin de confronter les résultats et valider l’efficacité de la séquence de traitement thermique appliquée (métallographie, MEB, EDS, microsonde, ICP, fours tubulaires, DSC, essais de traction et simulations ThermoCalc, Dictra et MatCalc). Le projet s’organise selon trois volets principaux portant respectivement sur l’opération de trempe, la cinétique de précipitation associée à l’évaluation des mobilités interfaciales de précipités et la validation des lois de comportement issues d’essais mécaniques selon les conditions de revenu appliquées. / Constrained by the reduction of authorized emission thresholds, the automotive industry has become more respectful of the environment and users. The downsizing of internal combustion engines makes it possible to limit the mass of vehicles but involves combustion cycles with improved efficiency and higher levels of thermomechanical stresses. The most affected part is the cylinder head made of hypoeutectic Al-Si alloy. The challenges that this entails are two fold : allowing higher operating temperatures and maintaining optimal mechanical properties. These parts are heat treated by a solutionizing, quenching and aging steps in order to optimize the structural hardening and to limit aging during the use of the alloy by creating a fine and homogeneous distribution of nano-precipitates in the α pro-eutectic and eutectic phases. During quenching, important thermal gradients, resulting from different cooling rates inside the part, can cause distortions and reduce the effective mechanical strength of the parts due to the occurrence of residual stresses. The objective of this PhD project was to understand and characterize the effect of quench rate and aging on precipitation kinetics in order to limit the impact of residual stresses and maintain the hardening potential in four industrial alloys. The samples were castat the Montupet R&D center by gravity die casting into calibrated thermo-regulated die. The samples have aSDAS comprised between 15 and 25μm, representative of the one for fire deck surface of automobile cylinder heads. Each nuance was initially characterized according to their metallurgical state then, in a second step, by numerical simulations in order to compare the results and validate the efficiency of the applied heat treatment sequence (metallography, SEM, EDS, microprobe, ICP, tubular furnaces, DSC, tensile tests and ThermoCalc, Dictra and MatCalc simulations). The project is organized into three main sections dealing respectively with the quenching operation, the kinetics of precipitation associated with the evaluation of the interfacial mobilities of precipitates and the validation of thematerial behavior laws resulting from mechanical tests according to the applied aging conditions.

Les travaux décrits dans ce manuscrit portent sur la mesure de température sans contact en employant des étiquettes magnétiques et un système d'interrogation à distance. Les étiquettes ont été réalisées avec différents matériaux magnétiques doux, durs et semi rémanents. Leur fonctionnement met en oeuvre différents phénomènes magnétiques dépendants de la température, tels que la transition de l'état ferromagnétique à l'état paramagnétique, la désaimantation d'un aimant ou la saturation locale. L'interrogation à distance est basée sur l'analyse de la signature harmonique de l'étiquette sous champ sinusoïdal d'excitation. Nous avons étudié théoriquement et validé expérimentalement des idées innovantes d'étiquettes permettant la détection de la température en temps réel ou la mémorisation du dépassement d'un seuil. Les impacts de divers facteurs sur la mesure ont été étudiés à l'aide de calculs analytiques, des simulations par éléments finis et des mesures. Une étude détaillée sur l'estimation du champ démagnétisant dû à la forme des matériaux a été présentée.