contribution à l’amélioration des propriétés mécaniques du verre métallique monoatomique de ta – etude par simulation de dynamique moléculaire

Abstract

À l'aide de simulations de dynamique moléculaire, le comportement structural et mécanique du verre métallique (VM) monoatomique de Tantale (Ta) et du nanocomposite à matrice de VM de Ta ont été étudiés en utilisant la méthode de l'atome émergé (EAM). Afin de décrire la structure atomique locale du VM du Ta, plusieurs techniques d'analyse structurale sont adoptées pour caractériser le réseau polyédrique en termes d'ordre à courte portée (SRO) et d'ordre à moyenne portée (MRO). La subdivision du deuxième pic de la fonction de distribution radiale (RDF) a confirmé la formation de la phase amorphe, et l'icosaèdre déformé indexé par <0,1,10,2> s’est avéré être le Polyèdre de Voronoi (VP) le plus dominant dans le verre formé. En termes de MRO, les clusters icosaédriques sont connectés en volume par le partage croisé (IS), le partage de face (FS), le partage d’arrête (ES) et le partage de sommets (VS). Nous avons également trouvé que la symétrie de rotation d’ordre cinq peut se comporter comme une indication principale de la formation de l'état vitreux pendant le processus de refroidissement. De plus, les rapports Ri/R1 des positions des pics de la fonction RDF normalisées par celle du premier pic ont montré la présence d'un ordre cristallin caché dans la phase amorphe, qui peut être interprété par une combinaison entre l'ordre périodique sphérique (SPO) et la symétrie translationnelle locale (LTS). En outre, l'effet du processus de recuit sur le comportement mécanique et structural du VM de Ta a également été étudié, les échantillons de VM-Ta ont été recuits pendant des périodes allant de 0 à 10 ns à trois différentes températures (500 K, 900 K et 1100 K). Pendant le processus de recuit, le système subit un durcissement corrélé à l’augmentation du module de Young (E) et du module de cisaillement (G) qui suggère l’amélioration du comportement élastique et de la résistance aux bandes de cisaillement (SBs), respectivement. L'augmentation de la quantité d’icosaèdre parfait au niveau du SRO pendant le processus de recuit est la clé principale pour interpréter le durcissement obtenu. Les essais de traction ont permis de constater que les déformations plastiques sont caractérisées par la localisation des SBs dans les zones amorphes et l'ajout de fibres cristallines de Ta augmente la ductilité du système et diminue sa contrainte de traction ultime. En revanche, le renforcement de la matrice du VM de Ta par des fibres de Tungstène (W) a durci la matrice en augmentant la résistance maximale et a amélioré la ténacité de l'échantillon, ceci est expliqué par la présence de l'interface hétérogène qui se comporte comme un obstacle face au mouvement des SBs.