Stage Matériaux: élaboration et caractérisation des alliages intermétalliques

Description du poste

Thématique : Matériaux structuraux innovants

Type de stage : Fin d'étude BAC+5 ou Master 2

Durée du stage (en mois) : 5 - 6

Disponibilité du poste : Février / March 2026

Référence : DMAS

Intitulé de stage

Contrôle de la microstructure de TiAl par Spark Plasma Sintering : le rôle d'additions de bore

Sujet de stage

Les alliages intermétalliques à base de TiAl sont des candidats prometteurs pour des applications aéronautiques, en raison de leur faible densité, de leur bonne résistance mécanique à haute température et de leur résistance à l'oxydation. Néanmoins, leurs performances dépendent fortement de la microstructure, notamment de la taille des colonies lamellaires, de l'espacement des lamelles et de la répartition des phases (γ, α₂, β₀).

La métallurgie des poudres présente des avantages (affinement microstructural, forte réduction des ségrégations) pour l'élaboration des alliages TiAl. La densification peut s'obtenir par des procédés de frittage conventionnels (HIP pour Hot Isostatic Pressing) ou de frittage flash (SPS pour Spark Plasma Sintering). Des travaux antérieurs menés à l'ONERA ont montré l'intérêt de l'incorporation de bore à l'alliage Ti-48Al-2Cr-2Nb (at%) lors du frittage HIP pour limiter la croissance de grains au cours de traitements thermiques et ainsi obtenir des structures lamellaires équiaxes et fines qui ont l'avantage de générer le meilleur compromis de propriétés d'usage.

Ce stage a pour objectif d'explorer le rôle des additions de bore et des paramètres de SPS sur la microstructure et les propriétés d'alliages TiAl. Deux voies expérimentales seront mises en œuvre : l'utilisation d'une poudre pré-alliée contenant du bore et la préparation de mélanges de poudres TiAl et de poudres de bore en différentes proportions. En parallèle, l'effet des paramètres de procédé (température, temps de maintien, pression, vitesse de refroidissement) sera investigué afin de relier les conditions de frittage aux mécanismes de densification et d'évolution microstructurale. Des traitements thermiques isothermes permettront ensuite d'étudier la croissance granulaire.

La caractérisation reposera sur des observations microstructurales (microscopie optique, MEB, MET), des analyses de phases (DRX) et des essais mécaniques (micro-dureté). L'objectif est d'identifier les conditions et compositions permettant un contrôle optimal de la microstructure et une amélioration des performances mécaniques du TiAl pour des applications structurales à haute température.

Un objectif complémentaire de ce travail est de comprendre l'intérêt du procédé SPS par rapport au procédé HIP pour améliorer la santé métallurgique de l'alliage Ti-48Al-2Cr-2Nb dopé au bore. Pour cela, nous mènerons également une campagne d'élaboration et de caractérisation de matériaux Ti-48Al-2Cr-2Nb dopés au bore par HIP. En effet, ces deux procédés contribuent à des évolutions microstructurales différentes de par les conditions de traitements (durée, pression, vitesse de refroidissement).

Finalement, les échantillons de Ti-48Al-2Cr-2Nb mis au point dans ce stage seront utilisés dans le cadre du PR MASCARA pour l'étude de l'interaction laser-matière. L'objectif est d'étudier les mécanismes de texturation et de recristallisation de surface associés à la fusion/re-solidification localisée, ainsi que d'identifier les paramètres de soudage laser susceptibles d'améliorer la mise en forme et l'assemblage des alliages TiAl.

Profil recherché

Étudiant(e) en Master 2 ou école d'ingénieur avec une spécialisation en science des matériaux ou métallurgie.

Le/La candidat(e) disposera de bases solides en métallurgie physique, microstructures et diagrammes de phases. Des connaissances en métallurgie des poudres, frittage (HIP, SPS) et traitements thermiques seront appréciées.

Une première expérience en caractérisation des matériaux (microscopie optique/MEB, DRX, micro-dureté) constitue un atout.

Le/La candidat(e) devra faire preuve de rigueur scientifique, d'autonomie, d'un bon esprit d'analyse et d'un intérêt marqué pour la recherche expérimentale.

Un bon niveau d'anglais scientifique est requis.

Stage à forte composante expérimentale.

Localisation du poste : Châtillon, Hauts-de-Seine en région Île-de-France (92)

Possibilité de poursuite en thèse : Oui

Présentation établissement et département d'accueil

L'ONERA, acteur central de la recherche aéronautique et spatiale, emploie plus de 2000 personnes. Placé sous la tutelle du ministère des Armées, il dispose d'un budget de 266 millions d'euros (2022), dont plus de la moitié provient de contrats d'études, de recherche et d'essais. Expert étatique, l'ONERA prépare la défense de demain, répond aux enjeux aéronautiques et spatiaux du futur, et contribue à la compétitivité de l'industrie aérospatiale. Il maîtrise toutes les disciplines et technologies du domaine. Tous les grands programmes aérospatiaux civils et militaires en France et en Europe portent une part de l'ADN de l'ONERA : Ariane, Airbus, Falcon, Rafale, missiles, hélicoptères, moteurs, radars… Reconnus à l'international et souvent primés, ses chercheurs forment de nombreux doctorants.

Parmi les sept Départements scientifiques de l'ONERA, le Département Matériaux et Structures a pour missions de répondre aux attentes, d'anticiper les besoins et apporter son expertise aux industriels des domaines de l'aéronautique, de la défense et du spatial en termes de matériaux et structures. Les activités scientifiques du Département vont de l'atome à la structure, et portent sur tous les types de matériaux aéronautiques (métalliques, composites, céramiques). Le Département comprend environ 120 permanents et une cinquantaine de doctorants. Ses unités de recherche sont situées sur les sites de Châtillon, Palaiseau et Lille.

Informations complémentaires

Maria Tsoutsouva, Chercheur ONERA, Châtillon, France

E-mail :

Type d'emploi : Temps plein

Rémunération : 1 000,00€ par mois

Lieu du poste : En présentiel