Simulations par dynamique moléculaire de la croissance d'agrégats d'alliages haute entropie
Résumé
Les alliages haute entropie (HEA) sont des composés métalliques équimolaires comprenant jusque 13 éléments. Du fait du grand nombre d'éléments, ils ont une entropie de mélange élevée, conduisant à des solutions solides aléatoires lors de la solidification plutôt que des intermétalliques. Ils ont de ce fait des propriétés structurales intéressantes : les microstructures complexes sont évitées et des structures amorphes ou nanocristallines (phase bcc ou fcc) sont formées. Ces matériaux sous forme massive présentent des propriétés intéressantes de tenue en température, d'hydrophobicité, d'anti-adhérence, de résistance à la corrosion, ... Ces propriétés ont conduit à des études de synthèse d'HEA à 7 éléments, AlCoCrCuFeNi, par pulvérisation plasma magnétron en couches minces [1, 2]. Un des objectifs est de vérifier la conservation de ces propriétés aux échelles d'épaisseur de quelques centaines de nanomètres. La dynamique moléculaire classique est une méthode très intéressante pour décrire les étapes initiales de la croissance de couches minces par procédé de pulvérisation [3]. Cette méthode consiste à calculer les trajectoires de particules en interaction. Ceci est effectué en résolvant les équations de Newton du mouvement. Elle nécessite la connaissance des potentiels d'interaction entre toutes les particules en présence. Le traitement de la croissance avec 6 éléments (ici AlCoCrCuFeNi) est donc un réel challenge. Nous avons simulé le dépôt de ces 6 éléments en les injectant aléatoirement vers la surface du substrat de silicium (100), les uns après les autres pour tenir compte de l'effet de flux caractérisant un mécanisme de dépôt. Les propriétés structurales ont été déterminées en calculant les fonctions de distribution radiales (RDF). Un recuit simulé a été effectué pour comparer avec les mesures de diffraction in-situ en température. Le spectre de diffraction simulé se compare très bien avec les spectres expérimentaux. En particulier le changement de phase bcc/fcc est observé. Enfin, les agrégats obtenus à température ambiante fusionnent progressivement à partir de 600°C. [1] V. Dolique, A.-L. Thomann, P. Brault, Y. Tessier, P. Gillon, Complex structure/composition relationship in thin films of AlCoCrCuFeNi high entropy alloy, Materials Chemistry and Physics 117 (2009) 142-147