Thermodynamique de la relaxation structurale de phases amorphes en régime anisotherme

Abstract

L’analyse du comportement des structures hors équilibre a porté sur la modélisation de l’évolution de structures thermodynamiquement instables, à partir d’études expérimentales conduites en régimes anisotherme et sur l’approche expérimentale du vieillissement de verres métalliques produits industriellement par trempe sur roue. L’un de nos objectifs a consisté à rechercher par une ″expérimentation numérique″ un protocole d’analyse DSC anisotherme pour atteindre les paramètres intrinsèques du modèle DNLR développé antérieurement par Ch. Cunat au laboratoire. Des simulations numériques systématiques conduites à partir du modèle ont permis de suivre l’évolution de la chaleur spécifique ou de l’enthalpie en fonction de la température. Une méthodologie théorique a été proposée pour optimiser les paramètres du modèle par ″expérimentation numérique″. Les résultats expérimentaux (microcalorimétrie DSC) obtenus par E.Illekova à Barcelone sur l’alliage (Se85Te15)90Ge10 préparés par trempe, sont confrontés aux résultats de ″expérimentation numérique″. Une telle confrontation reste délicate, en effet les grandeurs tirées de l’expérience réelle, comme les températures Ts (température de début de relaxation) et Tg (température de retour à l’équilibre) et surtout leur dépendance avec la vitesse de balayage en température q, ne peuvent être obtenues avec la précision nécessaire à une détermination sans ambiguïté des paramètres accessibles à partir de ces informations. L’accord obtenu entre modélisation et expérience est encourageant compte tenu de la complexité des phénomènes étudiés. L’étude expérimentale de verres métalliques constituait notre deuxième objectif. Elle a permis de vérifier l’apparition d’un effet endothermique prévu par la modélisation pour une succession d’anisothermes. Elle a également confirmé le glissement des courbes de chaleur spécifique en fonction de la vitesse de recuit prévu par les simulations. Par ailleurs, l’utilisation corrélée des deux techniques DSC et TMA apportent une connaissance plus approfondie de ces alliages et une approche de leur vieillissement précieuse d’un point de vue industriel. Une étude détaillée des différents paramètres de contrôle température, vitesse de chauffage, charge statique, charge dynamique, temps, contribue à la caractérisation expérimentale de la relaxation et de la cristallisation. Une évolution parallèle entre l’enthalpie et la longueur de l’échantillon est observée lors des étapes de relaxation et de cristallisation anisotherme. La température de Curie n’est pas affectée par la vitesse de balayage choisie alors que toutes les autres transitions (qui correspondent à des retours à l’équilibre) sont influencées par la vitesse de chauffage. L’observation des thermogrammes met en évidence le rôle de l’histoire thermique : des pré-recuits peuvent modifier la relaxation et la cristallisation. L’étude sous charge oscillante, conduite en régime isotherme et anisotherme, révèle et quantifie la variation du module d’Young associé à la relaxation structurale. L’anisotropie fréquente des verres métalliques obtenus par trempe est observée par analyse thermomécanique sur les rubans étudiés.