Thèse Ingénierie de Microstructures et de Sous-Structures de Dislocations d'Alliages Tial par Traitements Thermiques Localisés Ultra-Rapides H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse Laboratoire de recherche : CEMES - Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales Direction de la thèse : Jean-Philippe MONCHOUX ORCID 0000000157470810 Début de la thèse : 2027-01-04 Date limite de candidature : 2026-11-02T23:59:59 Les alliages TiAl présentent des propriétés physiques remarquables, notamment une faible densité et une résistance mécanique élevée à haute température, ce qui a conduit à leur introduction comme matériaux d'aubes de turbines dans les moteurs d'avions développés par General Electric et SAFRAN dans les années 2010. Actuellement, pour mettre en forme ces alliages à ductilité limitée dans les géométries complexes des aubes de turbines, la fabrication additive est de plus en plus utilisée industriellement. Cependant, l'influence des cycles thermiques ultra-rapides et répétés, caractéristiques de la fabrication additive, sur les microstructures et sous-structures de dislocations, est encore mal comprise. Notamment, l'affinement et l'orientation des microstructures, qui résultent de ce procédé, n'ont pas été suffisamment exploités pour concevoir des matériaux présentant des propriétés mécaniques originales.

Ainsi, l'objectif de cette thèse est de mettre en oeuvre et d'étudier l'effet de traitements thermiques ultra-rapides sur les alliages TiAl, afin d'explorer leur capacité à concevoir et à contrôler des microstructures fines et orientées, ainsi que des sous-structures complexes de dislocations. L'enjeu sera d'identifier les configurations microstructurales permettant d'optimiser les propriétés mécaniques clefs de ces matériaux, notamment le compromis entre ductilité à température ambiante et résistance au fluage. Cette démarche d'ingénierie de microstructures et de sous-structures de dislocations par traitements thermiques ultra-rapides sera mise en oeuvre selon deux approches complémentaires. D'une part, un banc de traitement laser développé à l'ONERA sera utilisé pour imposer des cycles thermiques fortement localisés et contrôlés. D'autre part, ces résultats seront confrontés à ceux de matériaux TiAl élaborés par fusion laser sur lit de poudre (L-PBF), par le biais de collaborations extérieures, afin de relier les structures obtenues aux conditions thermiques caractéristiques de la fabrication additive.

Pour mieux identifier les mécanismes physiques mis en jeu par le raffinement des microstructures et des sous-structures de dislocations, des matériaux modèles seront élaborés par des méthodes d'élaboration conventionnelles. Ainsi, des matériaux à grains très fins seront obtenus par métallurgie des poudres et frittage flash, l'affinement des grains résultant de l'introduction de bore dans l'alliage. De plus, des sous-structures fines de dislocations seront obtenues par frittage-forgeage de matériaux massifs. Les matériaux élaborés dans la thèse seront évalués mécaniquement à température ambiante en traction ou en flexion, suivant les cas, et à haute température, en fluage. Les microstructures et sous-structures obtenues seront caractérisées par MEB, EBSD et MET. Notamment, les sous-structures fines de dislocations seront résolues en 3 dimensions par la technique originale de tomographie électronique en MET. Par ailleurs, la stabilité de ces sous-structures sera évaluée par chauffage in-situ au MET. L'objectif sera de déterminer les microstructures et sous-structures les plus prometteuses sur le plan mécanique, et d'établir les cycles d'élaboration par fabrication additive permettant de générer ces microstructures.

Le/la candidat(e) devra posséder de bonnes connaissances en métallurgie (microstructure, propriétés mécaniques). Une première expérience en microscopie électronique en transmission n'est pas requise, mais serait appréciée. Cette thèse sera co-dirigée par Maria Tsoutsouva (ONERA Châtillon) et par Jean-Philippe Monchoux (CEMES Toulouse). Il est prévu qu'elle se déroule 2 ans à l'ONERA et 1 an à Toulouse. Développement d'alliages TiAl par fabrication additive.

Le/la candidat(e) devra posséder de bonnes connaissances en métallurgie (microstructure, propriétés mécaniques). Une première expérience en microscopie électronique en transmission n'est pas requise, mais serait appréciée.