Colloque

Synthèse de nanoprécipités d'oxyde par implantation ionique par procédé plasma dans les alliages d'aluminium

Martin Bolduc

Bernard Terreault

Membre a labase

Martin Bolduc

Résumé du colloque

L’aluminium a nombre de caractéristiques attrayantes, sauf pour ses propriétés tribologiques médiocres. Cela est dû à la faiblesse relative de la limite élastique et à la fragilité de l’oxyde. Le défi est d’augmenter la dureté de la surface sans la fragiliser, ni non plus augmenter sa rugosité. Notre procédé plasma, développé à l’INRS, permet de créer, d’accélérer et d’implanter des ions gazeux sous la surface de matériaux afin d’améliorer, entre autres, leurs propriétés tribologiques grâce à la précipitation de nanoparticules d’oxyde. L'implantation d'ions d'oxygène [(0.7 – 5) x 1017 O/cm2, 30 keV] à basse température (< 200ºC) dans l’Al pur et dans différents alliages commerciaux d'Al à base de Mg (< 4 at. %), i.e. série 2000, 6000 et 7000, mène à la formation d'un nanocomposite Al-Al2O3 par synthèse de nanoprécipités d’oxyde. Ces nanoprécipités d’Al2O3 (~10 nm) induisent un durcissement de la surface en bloquant le mouvement des dislocations à l’intérieur du matériau, empêchant ainsi le glissement des plans d’atomes. La nanoindentation a permis de conclure à une augmentation de la dureté sans diminution du module d'élasticité. Pour l’implantation à haute température (> 400ºC), une mince couche très rigide mais extrêmement fragile est obtenue dans le cas de l’Al pur. Pour les alliages, la composition et la nanostructure de la surface est très différente; nous avons découvert un effet d'oxydation en profondeur accompagné d'un enrichissement d'une ampleur totalement inattendue en Mg (50 at. % en surface jusqu'à l'interface). Cette ségrégation du Mg interfère avec la formation de nanoprécipités d’Al2O3 pour former préférentiellement des nanoparticules de MgO (~100 nm). Nous envisageons l’hypothèse qu’une synergie entre la production de défauts ponctuels crées par l'irradiation et le potentiel chimique dû à l'oxydation préférentielle du Mg sur l’Al induit une migration intense de défauts ponctuels entraînant avec eux les atomes d'oxygène et de magnésium. Pour valider cette hypothèse, plusieurs paramètres ont été variés (i.e. dose, nature et flux des ions, température) afin d'identifier les facteurs dominants. Par ailleurs, la présence de nanoprécipités d'oxyde en profondeur produit un durcissement sur une épaisseur accrue, ce qui pourrait évidemment avoir des conséquences énormes du point de vue pratique.

Contexte

Section :

Science et ingénierie des plasmas

Thème du colloque :

Science et ingénierie des plasmas

Hôte : Université du Québec à Rimouski

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