Essais micromécaniques avec observations in-situ pour la mesure de la ténacité du laiton Cu-30%Zn en contact avec l’alliage liquide EGaIn

Abstract

Lorsqu’un métal solide ductile est mis sous contrainte mécanique en contact avec un métal liquide, le solide peut rompre de façon fragile. Ce phénomène est nommé fragilisation par les métaux liquides (FML) et il peut être quantifié par la réduction de la déformation plastique à la rupture du solide et par la réduction de sa ténacité. Malgré de nombreuses études, il n’y a pas de consensus sur les mécanismes expliquant la FML pour les couples solide/liquide possibles. Une des limitations dans une généralisation des mécanismes est le manque d’essais avec observations in-situ de la FML. Ceci est lié aux conditions expérimentales d’obtention du métal liquide : liquide le plus souvent à haute température, éventuelle toxicité et des pressions de vapeur assez importantes. Pour éviter ces complexités, nous avons étudié le laiton Cu-30%Zn en contact avec l’EGaIn, qui est liquide à température ambiante, ne présente pas de toxicité et a une faible pression de vapeur. Une approche macroscopique de la sensibilité à la FML de ce laiton en présence de l’EGaIn a montré que ce couple est sensible à la FML. Pour mesurer la ténacité du laiton en contact avec l’EGaIn à l’échelle micrométrique, nous avons développé des essais de flexion avec observations in-situ. Les essais ont été effectués dans un Helios Nanolab 660 où nous avons fabriqué les échantillons de taille micrométrique à l’aide d’un faisceau ionique, en faisant des observations avec un faisceau électronique. De plus, le micromanipulateur incorporé dans cette machine a été utilisé pour mettre en contact l’EGaIn liquide avec l’échantillon de laiton. Une presse miniature spécialement conçue pour conduire des essais micromécaniques avec observations in-situ a été utilisée pour appliquer la force de façon contrôlée et mesurer sa valeur. Les résultats des essais micromécaniques avec observations in-situ ont été utilisés pour estimer le facteur d’intensité de contraintes critique à l’amorçage en passant par le calcul de l’intégral J à l’aide d’une simulation par éléments finis (par deux approches : mécanique des milieux continus et plasticité cristalline). Les résultats des mesures aux petites échelles sont du même ordre de grandeur que les estimations par la simulation numérique et permettent d‘envisager l’exploration des mécanismes de la FML par une approche en mécanique de la rupture. Ce travail a été financé par l’ANR à travers le projet ANR GauguIn (N° ANR-18-CE08-0009-01).