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Recherche de candidat(e) en thèse / PhD student

Apport de la résistivité électrique à l’étude des cinétiques d’évolutions microstructurales et chimiques dans des matériaux métalliques / Contribution of the electrical resistivity for the study of chemical and microstructural evolutions in the metallic alloys

Apport de la résistivité électrique à l’étude des cinétiques d’évolutions icrostructurales et chimiques dans des matériaux métalliques.

La résistivité électrique est utilisée depuis de nombreuses années dans le domaine de la métallurgie ou du contrôle non destructif pour le suivi global des transformations de phases ou de l’endommagement. Les évolutions des propriétés électriques d’un matériau au cours des transformations sont bien souvent suffisamment significatives pour être traduites moyennant quelques hypothèses en cinétique de vieillissement. Cependant, il existe peu de données de ce type lorsque l’on s’intéresse aux cinétiques de vieillissement dans les interfaces. L’enjeu scientifique de ce projet de thèse est de taille dans la mesure où la résistivité électrique, qui est en général utilisée au niveau global, serait dans ce cas exploitée au niveau local, fournissant ainsi des données permettant de valider les simulations du vieillissement des phases et des interfaces. De plus, les techniques d’analyse et d’observation utilisées habituellement pour caractériser les états métallurgiques locaux s’en trouveraient enrichies du fait que les propriétés électriques sont sensibles à la nature des interfaces, aux éléments solutés en solution solide, à la concentration en lacunes et à la densité de dislocations. Cependant, pour accéder à ces données, il conviendra de pouvoir déconvoluer le signal global en une composante liée aux interfaces et une composante liée au volume (cristallographie et chimie des phases principalement).

Pour mener à bien ce travail de thèse, la démarche de recherche sera décomposée en différentes étapes de complexité croissante :
- Rechercher des conditions de sollicitation électrique optimales (effet de fréquence et d’intensité) permettant de révéler la contribution des interfaces,
- Quantifier et comprendre l’influence de l’orientation cristalline, de la taille de grain (en y incluant les joints de grains spéciaux) et de l’écrouissage sur la signature électrique,
- Etudier l’influence de la vitesse de chauffage et de refroidissement sur les cinétiques de restauration/recristallisation et de changement de phases en enregistrant in-situ la réponse électrique,
- Proposer une modélisation des cinétiques de restauration/recristallisation et de changement de phases en s’appuyant sur la mesure de résistivité électrique in-situ en température et la quantification de grandeurs microstructurales (MET, MEB/EBSD/EDX, analyse d’images, DRX conventionnel, synchrotron, neutrons, etc…).

Les métaux métalliques de l’étude seront le nickel et le titane à l’état monocristallin dans un premier temps puis polycristallin pour l’étude de l’influence de l’orientation cristalline, de la taille de grains et de l’écrouissage. L’influence de la vitesse de chauffage et de refroidissement ainsi que le rôle de la solution solide et de la précipitation de phases stables et métastables sur les cinétiques de changement de phases sera étudiée dans le cas d’alliages de titane.

Les candidats doivent être titulaires d’un diplôme d’ingénieur ou d’un master en science des matériaux. Des connaissances dans le domaine de la thermodynamique et des transformations de phases à l’état solide dans les alliages métalliques ainsi qu’un goût certain pour l’expérimentation sera grandement apprécié.

Toutes les personnes intéressées remplissant les conditions listées ci-dessus sont invitées à envoyer leur CV et lettre de motivation à :
-  Moukrane Dehmas – CIRIMAT – moukrane.dehmas ensiacet.fr
-  Benoît Malard – CIRIMAT – benoit.malard ensiacet.fr

Date de démarrage : Septembre/Octobre 2019
Salaire mensuel brut avec avenant d’enseignement 1900 Euros


Contribution of the electrical resistivity for the study of chemical and microstructural evolutions in the metallic alloys.

Electrical resistivity is used for many years in the field of metallurgy or non-destructive testing for global monitoring of phase transformations or damage. The evolutions of electrical properties of a material during transformations are often sufficiently significant to be understood with some assumptions in aging kinetics. However, the aging kinetics in interfaces are poorly documented. This challenging project should provide measurement at the local scale while this measurement technique is usually exploited at the global scale. Useful data obtained would be used to validate simulations of phase and interface evolutions during aging. In addition, the analysis and observation techniques usually used to characterize the local metallurgical states would be enriched to the extent that the electrical properties are sensitive to the nature of the interfaces, solute elements in solid solution, density in vacancies and in dislocations. However, to estimate the electrical resistivity of the interfaces and the volume, one should be able to deconvolute the overall signal into contribution from different medium. Indeed, main parameters which affected the electric resistivity are the crystallographic structures and the chemical composition of the phases.

To achieve the thesis work, the project will be divided into seveval tasks :
- To search for optimal conditions of electrical solicitation (effects of frequency and current) to reveal the contribution of the interfaces.
- To quantify and understand the influence of crystallographic orientation, grain size (including special grain boundaries) and strain hardening on the electrical resistivity.
- To study the effect of the heating and cooling rate on the kinetics of recovery/recrystallization and phase transformation by recording the in-situ electrical resistivity.
- To create a model of recovery/recrystallization and phase transformation kinetics based on the in-situ measurement of the electrical resistivity at high temperature and the quantification of microstructural features (MET, MEB/EBSD/EDX, image analysis, DRX, synchrotron, neutrons, etc...).

The studied materials will be nickel based and titanium alloy (monocrystalline and polycrystalline) for the study of the influence of crystallographic orientation, grain size and strain hardening. The influence of the heating and cooling rate but also the role of the solid solution and the precipitation of stable and metastable phases on phase transformation kinetics will be studied in the case of titanium alloys.

Candidates must hold an engineering or master’s degree. A solid background in the field of the phase equilibrium and phase transformation in solid state in the metallic alloys as well as a definite taste for the experimental will be highly appreciated.

Application : all interested persons fulfilling the above listed requirements are invited to send their CV and cover letter outlining your motivation to :

-  Moukrane Dehmas – CIRIMAT – moukrane.dehmas ensiacet.fr
-  Benoit Malard – CIRIMAT – benoit.malard ensiacet.fr

Starting date : September/October 2019
Gross salary with teaching endorsement 1900 euros