Sciences des matériaux

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Etude Comparative de l’évolution Métallurgique et Mécanique des Alliages AA6061 - T6 et AA5083 - O après Soudage

HAKEM MAAMAR, LEBAILI SOLTANE, MIROUD Djamel  (2014)
Article de conférence

L’alliage AA6061 T6 est très sensible à la variation de la température due à la précipitation et au phénomène de durcissement structural résultant. A l’opposé, l’alliage AA5083 O ne subit pas de durcissement structural, donc pas de précipitation. Dans le présent travail, l’évolution de la microstructure dans la zone affectée thermiquement d’une part, des essais de traction et de micro dureté ainsi que les faciès de ruptures d’autre part ont été évalués pour les deux alliages.La caractérisation par micro dureté montre que l’alliage 6061 T6 présente une chute de dureté dans de la zone affecté thermiquement, mais l’alliage 5083 O a un profil plus au moins homogène. Les résultats des essais de traction confirment la chute des propriétés mécaniques au niveau de la ZAT de l’alliage 6061 T6. L’étude métallographique montre le changement microstructural des deux alliages après soudage. Des analyses en microsonde EDS mettent en évidence les différents précipités de l’alliage 6061 T6 et les phases de 5083 O. Les faciès de rupture des éprouvettes de traction montrent plusieurs cupules ce qui caractérise la rupture ductile de ces alliages. Voir les détails

Mots clés : soudage, Alliage Aluminium, précipitation.

Elaboration et caractérisation d‟un multimatériauWC-W-Ni obtenu par infiltration: Effet du nickel sur la consolidation du W

H.Bouchafaa, Z.Boutaghou, N.Bouzegzi, D.Miroud  (2014)
Article de conférence

En pratique, l’infiltration spontanée de mélanges de poudres libres sous gravité est la plus adéquate à la réalisation des outils de forage. Les pores interconnectés des poudres libres (non compactées) sont remplis avec un métal ou alliage ayant un bas point de fusion. L’attraction capillaire constitue la force motrice de l’infiltration causant la réduction de l’énergie surfacique interfaciale. Le liquide recouvre la phase solide des poudres de la matrice. Les propriétés du consolidé final dépendent étroitement de la composition du mélange de poudres et de sa réactivité avec le liant infiltrant au cours du cycle de frittage imposé. Nous nous intéressons dans cette étude, pour mieux comprendre les phénomènes qui peuvent se manifester dans le multiconstituant WC-W-Ni (matrice d’outil de forage), àl’élaboration et à la caractérisation du consolidé W-Ni en mettanten évidence l’effet du nickel sur la consolidation de W. Voir les détails

Mots clés : Consolidation, frittage, infiltration, poudres libres, PDC

Effet de la température du substrat sur les propriétés électrochimiques de couches mince d’oxyde de zinc : élaborées par spray ultrasonique

M. Mokhtari, A. Ziouche, M. Zergoug, S. Bouhouche, S. Aida, F. Bourfaa  (2014)
Article de conférence

Dans ce travail, des couches minces d'oxyde de Zinc ont été déposées par la méthode de spray ultrasonique sur des substrats en verre. Notre contribution à l'étude de cet oxyde transparent porte sur les revêtements en couche mince et leurs propriétés. Comme toutes couches minces, les propriétés physico-chimiques des films ZnO élaboré par pulvérisation chimique sont sensibles aux conditions d’élaboration tell que la température, le précurseurs, la concentration…etc.Notre objectif consiste à optimiser la qualité des films minces de ZnO par l’étude de l’influence de la température de substrat sur les propriétés électrochimiques dans un milieu salin Les résultats obtenus par les tests électrochimiques indiquent que la résistance intrinsèque à la corrosion des films est sensible a la température du substrat. Une meilleure résistance à la corrosion est obtenue pour la température 450°C. Voir les détails

Mots clés : ZnO, couche mince, DRX, corrosion, Méthode de Spray ultrasonique

Synthèse par voie humide de l’hydroxyapatite : Influence du temps d’agitation

Wafia GHABECHE, Latifa ALIMI, Skander Boukhezar, Afef Azzi, Mohamed Boulakra, Sabri BOUCHOUCHA, Abdesslam Kahlouche, Lynda BAHLOUL  (2014)
Article de conférence

Centre de recherche scientifique et technique en soudage et contrôle (CSC), Unité de Recherche en Technologies Industrielles (URTI), Compus Sidi Amar, BP 12, Annaba 23000, Algérie.RésuméLes implantations de prothèses dans un site osseux génèrent des réactions entre les tissus et l’implant qui permettent d’aboutir à son ostéointégration. Pour favoriser cette biointégration, de nombreuses études ont montré l’intérêt de recouvrir l’implant de revêtements présentant des fonctions ioniques similaires à celles des molécules naturelles. Les céramiques phosphocalciques sont très souvent utilisées pour ces revêtements. Elles permettent de combler la perte de substance osseuse grâce à leur composition proche de celle du minéral osseux, leur biocompatibilité, leur stabilité chimique et leur faible densité. L’une des céramiques bioactives à base de phosphate de calcium les plus utilisées est l’hydroxyapatite (HA). nous avons élaboré deux poudres d’hydroxyapatite par voie humide, en variant le temps d’agitation : 72 h et 48 h. La double décomposition est une méthode très rentable, le rendement est de l’ordre de 70% mais demande beaucoup de temps. Les spectres DRX montrent que le temps d’agitation a un effet directe sur la pureté du HA préparée. Voir les détails

Mots clés : hydroxyapatite, biomatériaux, céramiques, double décomposition, voie humide

Mécanisme du frittage de l’hydroxyapatite (HA)

S. Boukhezar, L. Alimi, W. Ghabeche, L. Bahloul, A. Azzi, M. Boulkra, A. Kahlouche  (2014)
Article de conférence

Les sels du phosphate de calcium (CaP) sont les principaux constituants minéraux de l’os des vertébrés et des dents. Parmi les sels de CaP, l’hydroxyapatite (Ca10 (PO4)6 (OH)2, HAp), est la phase cristalline la plus stable thermodynamiquement dans les fluides corporels, la plus similaire à la phase minérale de l’os : en effet, CaP d’origine naturelle est d’habitude carbonatée et déficiente en calcium avec un rapport Ca/P<1,67.Des études récentes ont également montré que les particules du HAp inhibent la croissance de nombreux types de cellules cancéreuses. Aussi, HAp et ses dérivés conduisent à de nombreuses applications industrielles et technologiques non médicales, par exemple en tant que catalyseur pour des réactions chimiques telles que l’addition de type Michael, et l’oxydation du méthane, les matériaux hôtes pour les lasers, les matériaux fluorescents, des conducteurs d’ions et des capteurs de gaz. L’HAp présente des qualités très pratiques pour les processus de traitement de l’eau et l’assainissement des sols contaminés par les métaux lourds [1-3].L’hydroxyapatite (Ca10 (PO4) 6 (OH)) 2 (HA) est un matériau biocéramique souvent utilisée pour des greffes osseuses et des implantations clinique. HA a la capacité de se lier chimiquement avec le tissu osseux vivant, en raison, de sa composition chimique. En outre, la bioactivité et la biocompatibilité de HA permet l’adhérence et la prolifération des ostéoblastes. Cependant, elle est fragile en traction et présente une faible résistance à la rupture par rapport à l'os naturel [4, 5]. L’hydroxyapatite peut être fabriqué par différentes techniques, en fonction de la microstructure et les propriétés désirées. Pour produire des implants capables de résister à des charges mécaniques, il est nécessaire d’utiliser des céramiques densément frittées, qui résistent mécaniquement mieux que les céramiques poreuses. Le frittage est un procédé complexe qui entraine une évolution de la microstructure à travers plusieurs mécanismes de transport de la matière (diffusion en surface, évaporation-condensation, diffusion en volume, diffusion de joints de grains, etc.). Il consiste à un traitement thermique d’une poudre poreuse compactée à une température inférieure à sa température de fusion. Il conduit à densification de céramique par l’élimination des pores dans le corps cru. Durant ce traitement, plusieurs phénomènes induisent la consolidation et la densification de la pièce mise en forme, où, la taille et la forme des particules peuvent changer considérablement d’une manière simultanée. Pendant ce processus, des réactions chimiques peuvent se produire et changent la composition et/ou la phase du produit fritté. Par conséquence, le frittage est d’une importance capitale, dont le majeur objectif est l’obtention d’une microstructure uniforme avec une haute densité avec la taille de grain désirée. [6-9]. La capacité de frittage d’une céramique dépend de plusieurs paramètres expérimentaux comme l’atmosphère, le temps et la température, et de paramètres physico-chimiques tels que la distribution de la taille des grains, la surface spécifique, la densité du corps cru, la composition chimique et la substitution ioniques. Dû à son importance, de nombreux travaux de recherche ont été réalisé, afin de développer la technique appropriée pour la fabrication d’une HAp dense à savoir le frittage conventionnel, le pressage à chaud (HP) ou récemment la technique spark plasma sintering SPS [4].Il est bien connu que la combinaison d’une taille de grains très fine et d’une haute densité permet l’amélioration des propriétés mécaniques des céramiques. Cependant, la préparation d’une céramique dense avec des grains fins est difficile à réaliser, parce que la densification s’accompagne avec la croissance des grains et toute les deux sont gouvernées par des mécanismes de diffusion, qui active simultanément la densification et le grossissent des grains [10].La compréhension de la cinétique de frittage et les mécanismes mis en jeu aide énormément à choisir les meilleures conditions pour l’obtention d’une céramique dense ayant de bonnes propriétés mécaniques.Mécanisme et cinétique du frittage du HAp: Le processus de densification implique 3 étapes majeures, associées à différents domaines de densité relative du matériau ρ. La densification est activée par une énergie de surface σs :σs = 2γ / r (2) avec: σs contrainte de traction en surface, γ la tension en intterface, r rayon des pores sphériques.1. 0,5 < ρ < 0,65 : Formation des joints de grains qui permettent l’établissement d’un squelette solide traversé de pores ouverts sur l’extérieur. Dans le cas du HAp la surface spécifique de la poudre compactée commence à diminuer à partir de 400°C, pendant que les grains se soudent via des liaisons chimiques, qui se manifestent par l’apparition des cols entre 700-800°C [4]. Durant cette étape, la consolidation de la poudre se fait par diffusion superficielle. Dans le cas générale, pour des CaP de formule Ca10-x(PO4)6-x(HPO4)x(OH)2-x, avec 2 ≥ x ≥ 0, la diffusion est analysée et quantifiée selon la loi [4, 11, 14]:ν= dS/dt = k(T,Ca/P) (PH2O)0.68 S8 (3)Avec: S la surface spécifique, PH2O la pression partielle de la vapeur d’eau, k est fonction de la température et de la composition de l’hydroxyapatite déficiente en calcium (CaDHA).2. 0,65 < ρ < 0,92 : Diminution de la porosité ouverte et apparition de pores fermés. Pour une densité relative <85% , la diffusion zen volume est prédominante à court terme (t < 30 min) et à des températures < 1000°C, tandis que la diffusion en joints de grains se produit à des hautes températures et pour des durés assez importantes. Pour une haute densité relative, la densification se fait en parallèle avec le grossissement des grains, ainsi le mécanisme de densification devient difficile à identifier [15].La force motrice du frittage est due aussi à l’énergie interfaciale des courbures des surfaces. La matière se transfère de la surface convexe (r > 0) vers la surface concave (r < 0). Cette courbature contribue à la migration des joints et la croissance des grains. Idéalement, un équilibre final avec des joints de grains plats devrait être atteint. En utilisant un modèle bidimensionnel simple (les modèle 3D sont plus complexes), la microstructure finale peut être schématisée par des grains hexagonaux avec des angles d’équilibre idéal de 120° à la jonction de trois grains adjacents [16, 17].3. 0,92 < ρ < 1 : la porosité fermé est éliminée par l’isolation des pores dans la matrice. La croissance des grains dépend des paramètres thermodynamiques et cinétiques qui est aussi reliée à la température à laquelle les pores se ferment. Cependant, comme il y a pas une étude formelle qui discute la cinétique de croissance des grains du HAp vis-à-vis la température, il est difficile de conclure si le temps ou la température qui est prédominant. Récemment, un nouveau type de frittage en deux étapes, TSS (two-step sintering), est employé pour prévenir la croissance des grains pendant la densification.Deux mécanismes peuvent agir sur la morphologie des joints de grains, le premier est la diffusion superficielle qui induit une consolidation de la poudre compactée sans densification, le deuxième est la diffusion en volume ou en joint de grains avec densification.La densification maximale dépend de deux paramètres thermodynamiques et cinétiques principales qui sont corrélés : la température à laquelle les pores se ferment et la réaction de déshydroxylation progresse. Considérant ce dernier point, l’atmosphère du frittage doit jouer un rôle dans le processusde densification. Voir les détails

Mots clés : hydroxyapatite, frittage, mécanismes, cinétique

Properties of Co-doped ZnO thin films grown by pulsed laser deposition on glass substrates

A. TAABOUCHE, A. Bouabellou, F. Kermiche, F. Hanini, Y. Bouachiba  (2014)
Article de conférence

Undoped and Co-doped ZnO (CZO) polycrystalline thin films (Co: 3, 5 at.%) have been deposited at 450ºC onto glass substrates using pulsed laser deposition method. The used source was a KrF excimer laser (248 nm, 25 ns, 2 J ∕ cm2). X-ray diffraction patterns showed that the Co-doped ZnO films crystallize in a hexagonal wurtzite type structure with a strong (002) orientation, and the grain sizes calculated from these patterns decrease from 37 to 31 nm by increasing Co doping. The optical waveguiding properties of the films were characterized by using prism-coupling method. The distinct M-lines of the guided transverse magnetic (TM) and transverse electric (TE) modes of the ZnO films waveguide have been observed. In the aim to study the optical properties of the ZnO films, an accurate refractive index and thickness measurement apparatus was set up, which is called M-lines device. An evaluation of experimental uncertainty and calculation of the precision of the refractive index and thickness were developed on ZnO films. The optical transmittance spectra showed a good transparency in the visible region. Calculated optical band gap varying from 3.23 to 3.37 eV when the content of Co doping increases from 0 to 5 at.%. Voir les détails

Mots clés : Thin films, ZnO, pulsed laser deposition, Waveguiding properties, Optical transmittance

NDT methods applied on corrosive behaviors of duplex stainless steel 2205 submitted to heat treatment and acidic medium

A. ZIOUCHE, M.Zergoug, S.Abaidia  (2014)
Article de conférence

The present work investigates the corrosion behavior of 2205 duplex stainless steel in 3% HCl and 5% HCl solution after various heat-treatments. The stainless steels were heat-treated at 950° at 2h and 4h with air and water cooling. Each heat-treated sample was examined for their microstructures, before and after emerging the samples in the corrosive medium.The chemical composition and morphological structure of the stainless steel material are respectively characterized by X-ray fluorescence and optical microscopy. Electrochemical tests are carried out in three electrolytes system, the techniques used in this study are potentiometer open circuit ( OCP) , linear polarization (LP) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS ) . The impedance spectra and the current - potential curves obtained allowed the estimation of the rate of corrosion in the various electrolytes and showed a variation in the polarization resistance (Rp ) and the degradation kinetics of this material depending on the composition of the study environment.The Nondestructive evaluation is widely used to predict default in materials, the implantation of non destructive testing such as eddy current and hysteresis cycle, can give more information about the modification in structure. In the both solution, when we increase the emerging time for the two environment, we can observe a dissolution of the material, but the degradation is more important in the case of 5% HCl. Voir les détails

Mots clés : duplex stainless steel, NDT, eddy current (DI), VSM, Hysteresis Loop, microstructure, Pitting corrosion, PREN, Electrochemical impedance spectroscopy .

Effet du traitement thermique sur le comportement corrosif d’un acier inoxydable dans des milieux acides

T. KACEL, A. Ziouche, S. Leboukh, A. Feghoul  (2014)
Article de conférence

Les ruptures occasionnelles des structures industrielles peuvent en général être attribuées à l'influence de la corrosion. Le mécanisme de ces ruptures n'est souvent pas bien compris. Il est par conséquent difficile d'émettre des recommandations, non seulement pour la conception et l'exécution, mais également pour le choix des matériaux et des systèmes de précontrainte.Dans ce travail nous avons étudié le comportement d’acier inoxydable duplex 2205 traité thermiquement à la température T= 950°C suivi d’un refroidissement à l’air et par trempe à l’eau dans les milieux HCl 3%, et HCl 5%. Voir les détails

Mots clés : acier inoxydable duplex, corrosion, milieu acide, microdureté, traitement thermique.

Caractérisation des couches mincespar les techniques optiques.

A. Boughelout, A. Hammouda, L. CHABANE, N. ZEBBAR et M. KECHOUANE.  (2014)
Article de conférence

Dans ce travail nous avons utilisé des techniquesoptiques et structurales pour caractériser des couches minces deZnO déposées par pulvérisation cathodique sur des substrats deverre corning et silicium monocristallin. Nous avons utilisé laspectroscopie Raman pour analyser le type de la structure descouches mince (ZnO) élaborées ainsi que la diffraction des rayonsX.Les caractérisations optiques comportent le relevé destransmittances dans l’UV-Visible et les paramètres optiques telque les indices de réfraction des couches et leurs épaisseurs, lesmesures de la photoluminescence pour déduire le gap des coucheset les niveaux des défauts dans le matériau.Les caractérisations structurales (diffraction des rayons X etRaman) mettent en évidence une structure hexagonale würtzitede ZnO, Les mesures de transmission optique des couchesmontrent que la transmission optique est très élevée (facteur detransmission) dans la gamme de longueurs d’ondes situées entre 400nm et 2500 nm. Voir les détails

Mots clés : pulvérisation réactive, oxyde de zinc, propriétés optiques, caractérisation structurale, conductivité électrique.

CHARACTERIZATION OF THE CRITICALLY REFRACTED LONGITUDINAL (LCR) WAVES AND THEIR USE IN DEFECT DETECTION

Wahiba Djerir, Mohamed Ourak et Tarek Boutkedjirt  (2014)
Publication

The critically refracted longitudinal (LCR) waves are used in various domains of nondestructive evaluation, especially for residual stress measurements. However, few works have characterized the associated ultrasonic beam. In this article, the characterization of the LCR ultrasonic beam, both numerically and experimentally, is first clarified in order to provide some answers to questions that arise about its behavior in elastic solids. The aim of the second part of this work is to investigate the use of the LCR waves for the detection of surface defects of different sizes in aluminum. For that, the effect of defects at fixed depth (5 mm) with various diameters (2, 4, 6, and 8 mm) and fixed diameter (8 mm) with various depths (5, 7, and 10 mm) in an aluminum sample have been investigated at frequencies around 1 MHz. It has been experimentally found that the amplitude of the (LCR) wave decreases and its frequency spectrum changes with a given defect. The rate of the decrease of the amplitude and the change in the spectrum is related to the increase of the defect depth. The study shows that the effect on the propagating of the LCR waves is larger as the defect depth increases.The critically refracted longitudinal (LCR) waves are used in various domains of nondestructive evaluation, especially for residual stress measurements. However, few works have characterized the associated ultrasonic beam. In this article, the characterization of the LCR ultrasonic beam, both numerically and experimentally, is first clarified in order to provide some answers to questions that arise about its behavior in elastic solids. The aim of the second part of this work is to investigate the use of the LCR waves for the detection of surface defects of different sizes in aluminum. For that, the effect of defects at fixed depth (5 mm) with various diameters (2, 4, 6, and 8 mm) and fixed diameter (8 mm) with various depths (5, 7, and 10 mm) in an aluminum sample have been investigated at frequencies around 1 MHz. It has been experimentally found that the amplitude of the (LCR) wave decreases and its frequency spectrum changes with a given defect. The rate of the decrease of the amplitude and the change in the spectrum is related to the increase of the defect depth. The study shows that the effect on the propagating of the LCR waves is larger as the defect depth increases. Voir les détails

Mots clés : critical angle, critically refracted longitudinal (LCR) wave, main lobe, NDE, NDT, surface defect