Etude des Dommages induits par des Ions Lourds dans L’alliage de zirconium et leurs effets sur la microdureté

Abstract

Le travail de recherche rédigé dans ce mémoire a été destiné à l’étude des dommages induits par irradiation avec des ions lourds dans le Zircaloy-4, l’alliage de zirconium qui est très utilisé comme matériau de gainage du combustible dans les réacteurs à puissance (réacteurs utilisés pour la production de l’électricité). Les échantillons de zircaloy-4 utilisés dans ce travail ont été découpés à partir d’une plaque utilisée comme grille d’un élément combustible. Ils ont ensuite subit un polissage jusqu’à avoir une surface miroir. Les irradiations ont été effectuées avec des ions de cuivre (Cu) et l’or (Au) avec une énergie de 20 Me. Après irradiation, nous avons effectué un traitement chimique afin de révéler d’une part les traces des ions et la morphologie de la surface d’autre part. Les tests de microdureté ont été ensuite réalisés sur plusieurs zones des échantillons irradiés. La première étape du traitement chimique a pu révéler les traces des ions. L’observation à l’aide d’un microscope otique a montré des zones obscures attribuées aux traces des ions. Ceci indique que la zone le long du parcours de l’ion est devenue fragile du au nombre important de lacunes et interstices formées après irradiation. Par ailleurs, nous avons constaté en utilisant le microscope optique du microduromètre des zones sous forme de bosse. Probablement elles sont formées suite à la pulvérisation du matériau durant l’irradiation. Les tests de la microdureté sur ces zones ont montré des empreintes complètement distordues indiquant le changement de propriétés mécaniques du matériau. Ce résultat est très utile afin de comprendre le vieillissement de zircaloy-4 sous irradiation. En effet, les produits de fission en fin de cycle d’un élément combustible peuvent atteindre la gaine. Par conséquent engendré des dégâts catastrophiques conduisant à la rupture de la gaine. Comme perspective, une étude plus approfondie est nécessaire pour bien comprendre le mécanisme responsable de la formation de ces zones.