Study of texture and recrystallization in commercial pure copper wire with and without heat treatment

Wire drawing is a necessary operation for the production of small diameter electrical wires. During this process, the shaping of the material is performed by a plastic deformation mechanism. The change in the shape of the metal causes the plastic deformation of each grain of the crystalline metal. In this work, we have studied a commercial copper wire. In this study, optical microscopy, electron microscopy transmission, Vickers hardness and X-ray diffraction were used. It is found that cold drawn wires are characterized by texture formation and dislocation cell rearrangement. Isothermal treatments were applied on the deformed yarns, which makes it possible to observe a recrystallization reaction which restores the mechanical properties and the initial structure

Evidence for the formation of distorted nanodomains involved in the phase transformation of stabilized zirconia by coupling convergent beam electron diffraction and in situ TEM nanoindentation

International audienceThe transformation of zirconia from its tetragonal to its monoclinic phase is an important feature of the zirconia system. First found to be an advantage due to its important toughening effect, it can also be very detrimental when it occurs in the framework of low-temperature degradation, particularly in the case of biomaterial applications. One way to avoid or to control this phase transformation is to understand how it initiates and more particularly the stress states that can trigger it. A new technique available inside a transmission electron microscope seems to be particularly well suited for that type of study: convergent beam electron diffraction, a well-known technique to reveal stresses, was coupled to in situ transmission electron microscopy mechanical nanoindentation. The experiments reveal the presence of sheared nanoregions at grain boundaries. These could act as embryos for tetragonal-to-monoclinic phase transformations. This is an important first step in the understanding of the earliest stage of zirconia phase transformation

Accurate characterization of pure silicon-substituted hydroxyapatite powders synthesized by a new precipitation route

International audienceThis paper presents a new aqueous precipitation method to prepare silicon-substituted hydroxyapatites Ca10(PO4)6-y(SiO4)y(OH)2-y(VOH)2-y (SiHAs) and details the characterization of powders with varying Si content up to y = 1.25 mol molSiHA−1. X-ray diffraction, transmission electron microscopy, solid-state nuclear magnetic resonance and Fourier transform infrared spectroscopy were used to accurately characterize samples calcined at 400°C for 2 h and 1000°C for 15 h. This method allows the synthesis of monophasic SiHAs with controlled stoichiometry. The theoretical maximum limit of incorporation of Si into the hexagonal apatitic structure is y < 1.5. This limit depends on the OH content in the channel, which is a function of the Si content, temperature and atmosphere of calcination. These results, particularly those from infrared spectroscopy, raise serious reservations about the phase purity of previously prepared and biologically evaluated SiHA powders, pellets and scaffolds in the literature

Apports des simulations HREM et ELNES à la caractérisation interfaciale (cas de l'interface corindon/Mg2Si produite à l'état solide)

L'étude que nous présentons s'inscrit dans un contexte de matériaux composites où les propriétés intéressantes résultent de l'insertion de particules céramiques monocristallines d' Al203-a dans un alliage à base aluminium Al(Mg, Si) susceptible de développer un processus de durcissement structural. Cependant, les régions interfaciales (alliage au contact des particules) sont le siège d'une évolution thermodynamique différente de celle présente au sein de 1' alliage. Le renfort céramique se revêt de cristaux de Mg2Si sous sa forme thermodynamique stable. L'adhésion de ce composé est capitale pour la tenue mécanique du composite ; son approche a été menée par une caractérisation cristallo-chimique locale de 1 'interface précipité/renfort. A l'aide d'un microscope électronique à émission de champ, deux techniques à haute résolution spatiale ont été mises en œuvre : 1' imagerie par microscopie électronique en transmission à haute résolution (METHR) et l'analyse chimique locale par spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS). En METHR, l'analyse par comparaison des images expérimentales et des images simulées, produites par plusieurs modèles atomiques de 1' interface, a mis en évidence la présence des espèces 0 et Si à 1' interface. En ce qui concerne la seconde approche, nous avons précisé les signatures ELNES des atomes Al, Mg, Si dans différents environnements tant par des acquisitions expérimentales que par des simulations de spectres de pertes de plusieurs matériaux (aluminium, alumine, siliciure de magnésium). Ces simulations ELNES ont été conduites avec le support de programmes de chimie quantique pour le calcul des potentiels auto-cohérents et de programmes de diffusion multiple (ICXANES) utilisés par la communauté des physiciens de la spectroscopie X. Les résultats. issus de 1' acquisition des signatures en mode nanosonde, vont dans le sens du modèle retenu par METHR.The study that we present fits in with a composite materials context where the interesting properties result from the monocristalline Al203-a ceramic particles insertion in aluminium based alloy Al(Mg, Si) able to develop a structural hardening process. However, the interfacial area (alloy in contact with the particles) is the seat of a thermodynamic evolution different from that in the bulk. The ceramic reinforcement is covered with Mg2Si precipitates in their stable thermodynamic phase. The adhesion of this compound is capital for the mechanical behaviour of the composite; its approach was carried out by a local cristallo-chemical characterization of the interface precipitate/reinforcement. Using a field emission electron microscope, two high spatial resolution techniques were implemented: the high resolution transmission electron microscopy imaging (HREM) and the local chemical analysis by electron energy loss spectroscopy (EELS). In HREM approach, the comparison between the experimental images and the simulated images, produced by several atomic models of the interface, highlighted the presence of the 0 and Si species at the interface. With regard to the second approach, we produced ELNES signatures of the Al, Mg, Si atoms in various environments as well by experimental acquisitions as by simulations of energy loss spectra of several Materials (aluminum, alumina, magnesium silicide).These ELNES simulations were led with the support of quantum chemistry codes for the calculation of the self-coherent potentials and of multiple scattering codes (ICXANES) used by the community of the physicists of the X spectroscopy. The results, obtained from the acquisition of the signatures in nanosonde mode, go in the direction of the model retained by HREM.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Apport de la microscopie électronique en transmission et de la spectroscopie EELS à la caractérisation de nitrures (AIN, CrN) dans le fer et l'alliage Fe-Cr

Ce travail est consacré à la caractérisation microstructurale de deux types d'alliage à base fer: un alliage Fe-Al-N et deux alliages Fe-Cr nitrurés (1 et 3% pds Cr). Les propriétés intéressantes de ces deux matériaux résultent de la fine précipitation de deux types de nitrures: le nitrure d'aluminium (AlN) et le nitrure de chrome CrN, respectivement. La compréhension des mécanismes métallurgiques régissant la formation de ces nitrures et la relation avec les propriétés mécaniques qui en résultent, requiert des analyses chimiques et cristallographiques à l'échelle nanométrique, voire atomique, mais également des mesures quantitatives des tailles de précipités et de leur fraction volumique. De nos jours, la microscopie électronique en transmission, par le biais des microscopes modernes dotés de canon à émission de champ, permet facilement l'accès à ces caractéristiques nanostructurales. Cependant, la validation de certains résultats expérimentaux obtenus ainsi que leur interprétation, nécessitent souvent le recours à des approches simulatoires. En adoptant cette démarche nous avons, parallèlement à l'étude microstructurale de la précipitation d'AlN dans l'alliage Fe-Al-N, analysé et exploité les caractéristiques et les possibilités des microscopes utilisés. Cette étude a permis l'identification de deux variétés d'AlN: cubique et hexagonal. Les caractéristiques cristallochimiques des deux variétés ont été étudiées en détail avec l'apport des techniques (EDX, EELS, EFTEM et METHR). Par ailleurs, une transformation AlN cubique ® AlN hexagonal activée par la présence d'atomes de soufre a été mise en évidence et la faisabilité d'une analyse quantitative des deux populations a été également abordée. Le deuxième volet de ce travail a concerné l'étude des propriétés microstructurales et mécaniques liées à la précipitation de CrN dans deux alliages Fe-Cr nitrurés. Les différents stades de cette précipitation ont été étudiés par microscopie en haute résolution. Les différents paramètres microstructuraux (fraction volumique, distribution de tailles des précipités,..) ont été quantifiés puis corrélés aux profils des propriétés microplastiques mesurées par nano-indentation. En conclusion, ce travail se veut être une étude modèle servant à montrer les potentialités actuelles en matière de caractérisation fine de matériaux aux propriétés régies par des évolutions métallurgiques à l'échelle nanométrique.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Approche expérimentale et simulation des structures fines en spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (application au cas des A1xGa1-xN)

La spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS) est un outil puissant permettant l'étude de la structure électronique des matériaux. Nous présentons une étude générale des structures fines observées près des seuils d'ionisation (ELNES) dans les composés AlxGa1-xN (0<x<1) à la fois expérimentale et théorique, au moyen de calculs ab initio. Deux paramètres essentiels influençant les structures fines observées dans les matériaux massifs ont été étudiés : l'effet de la symétrie cristalline dans l'AlN cubique (zinc-blende) et hexagonal (wurtzite) d'une part, celui de la composition chimique dans les alliages ternaires AlGaN d'autre part. Ces résultats ont été étendus à l'étude de signatures chimiques observables aux interfaces dans des puits quantiques AlN/GaN. Deux techniques permettant d'obtenir une résolution spatiale de quelques angströms, l'imagerie filtrée et la technique de spectres-ligne, ont notamment été utilisées pour suivre l'évolution du seuil N-K.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Etude des relations microstructures / proprietes mecaniques des aciers bas carbone microallies, en fonction des parametres du traitement thermique et thermomecanique

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Liaison cuivre-alumine : evolution et caractérisation microscopique des composés interfaciaux

Bonding between copper and polycrystalline alumina has been obtained by hot pressing of the two materials under low pressure and by the Cu-Cu2O eutectic method in a protective atmosphere. The observation of bonding zone by means of Transmission Electron Microscopy reveals the presence of an interfacial compound : a binary oxide CuAlO2 which is destabilized into alumina by annealing for long time. A microscopic characterization of the binary oxide shows that it is well suited for adaptation of the thermal expansion.La thermocompression et la méthode de l'eutectique gaz-métal Cu-O en atmosphère neutre, ont été mises en œuvre pour effectuer la liaison entre le cuivre et l'alumine polycristalline. Les observations en Microscopie Electronique en Transmission de la région interfaciale révèlent l'exsitence d'un composé intermédiaire, l'oxyde mixte CuAlO2, oxyde qui se destabilise au bénéfice d'une couche d'alumine pour des maintiens en température de longue durée. L'orientation cristallographique de cet oxyde est bien adaptée pour pallier aux écarts de dilatation, comme en témoigne la caractérisation microscopique de l'oxyde mixte

Analyse nano-sructurale et physico-chimique de solutions colloïdales Pd-Sn appliquée à la métallisation des polymères

Le revêtement électrochimique de métaux sur des polymères est fréquemment réalisé dans de nombreuses applications industrielles. La surface du polymère doit pour cela subir un traitement d'activation. Dans une première étape, une fine couche de colloïdes palladium-étain est déposée sur le polymère ; elle est suivie d'une étape d'échange qui consiste à échanger des atomes d'étain par des atomes de cuivre pour accroître la conductivité de surface et rendre alors possible l'électrodéposition d'un métal comme le cuivre par exemple. Les colloïdes déposés sont produits dans une suspension acide. Leur taille est voisine de 2 nm et ils sont supposés avoir un cœur constitué d'un alliage Pd-Sn entouré d'une peau riche en étain. Le but de notre étude est d'approfondir la nature physico-chimique des suspensions colloïdales et des couches adsorbées en surface d'un polymère en combinant plusieurs techniques de caractérisation microstructurales fines comme la diffusion centrale de rayons X (SAXS), la cryo-microscopie électronique, la microscopie électronique à haute résolution (METHR), la spectroscopie de rayons X (EDX) et photoélectrons (XPS), la rétrodiffusion (RBS) et la spectroscopie de pertes d'énergie des électrons transmis (EELS). Les deux premières techniques ont donné des informations sur la valeur et la distribution des tailles des colloïdes ainsi que sur la stabilité des solutions. La nature cristallographique des colloïdes a été appréhendée par METHR tandis que la composition chimique à l'échelle atomique a été obtenue par EELS en mode nano-sonde. C'est ainsi que nous avons validé un enrichissement superficiel en étain des colloïdes. Les analyses des couches déposées en surface des polymères après chacune des étapes du procédé de métallisation, ont permis d'appréhender l'évolution de la nano-structure et de la chimie des couches colloïdales au cours de leur élaboration.Electrochemical deposition of metals on polymer substrates is a widely used industrial application, for example in surface finishing. The polymer surface requires a pre-treatment in order to get activated. In a first step, a thin layer of palladium-tin nano-colloids is deposited on the surface, followed by a Cu-Sn exchange step, which enhances the conductivity and enables the electrodeposition of metals like Cu. The colloids deposited in the first step from an acid suspension are supposed to have a core, which consists of a Pd-Sn alloy and a stabilising shell of tin. The size of the colloids is ~2 nm. Aim of this study is to get a deeper insight into the nature of the colloidal suspension and the adsorbed surface layers by combining different experimental techniques for a chemical and structural analysis at the nanometer scale, such as small angle X-ray scattering (SAXS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Cryo-electron microscopy (Cryo-TEM), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), Rutherford Back-Scattering (RBS) and electron energy loss spectroscopy (EELS). The colloidal solution has been characterised by SAXS and Cryo-TEM, which allowed to determine the size of the colloids and to obtain information on the stability of the solution. The crystallographic structure of the colloids in suspension has been studied with HRTEM. EELS has been used to study the chemical composition of the colloids. By focussing the electron beam to sub-nanometric spot sizes it has been possible to get very local information on the elemental composition of the colloids and to evidence a slight Sn surface enrichment. The analysis of the surface layer after each of the different steps of the plating process allowed determining the nano-structure and chemistry of the adsorbed colloidal layer and its modification during the process.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Influence of ageing heat treatment on alloy A-286 microstructure and stress corrosion cracking behaviour in PWR primary water

International audienceThe influence of ageing heat treatment on alloy A-286 microstructure and stress corrosion cracking behaviour in simulated Pressurized Water Reactor (PWR) primary water has been investigated. A-286 microstructure was characterized by transmission electron microscopy for ageing heat treatments at 670 °C and 720 °C for durations ranging from 5 h to 100 h. Spherical γ′ phase with mean diameters ranging from 4.6 to 9.6 nm and densities ranging from 8.5 × 1022 m-3 to 2 × 1023 m-3 were measured. Results suggest that both the γ′ phase mean diameter and density quickly saturate with time for ageing heat treatment at 720 °C while the γ′ mean diameter increases significantly up to 100 h for ageing heat treatment at 670 °C. Grain boundary η phase precipitates were systematically observed for ageing heat treatment at 720 °C even for short ageing periods. In contrast, no grain boundary η phase precipitates were observed for ageing heat treatments at 670 °C except after 100 h. Hardening by γ′ precipitation was well described by the dispersed barrier hardening model with a γ′ barrier strength of 0.23. Stress corrosion cracking behaviour of A-286 was investigated by means of constant elongation rate tensile tests at 1.5 × 10-7 s-1 in simulated PWR primary water at 320 °C and 360 °C. In all cases, initiation was transgranular while propagation was intergranular. Grain boundary η phase precipitates were found to have no significant effect on stress corrosion cracking. In contrast, yield strength and to a lesser extent temperature were found to have significant influences on A-286 susceptibility to stress corrosion cracking