Analyse des transformations de phases et modèle thermomécanique pour l'étude du comportement de l'interface métal/oxyde : Cas du nickel

Phases transformation analysis and thermomechanical model to study the metal/oxide interface behavior : Application to the Ni/NiO system

• Auteur / Autrice : Laurent Lahoche
• Direction : Jean-Marc Roelandt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Calcul et optimisation des structures mécaniques
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nickel

Simulation numérique

Épitaxie

Couplage oxydant

Transitions de phases

Contraintes résiduelles

Oxydation

Mots clés libres

Couplage thermomécanique

Résumé

Les propriétés protectrices des couches d'oxyde à haute température dépendent fortement de la qualité de l'adhérence de ces revêtements et des contraintes résiduelles développées dans l'oxyde lors de l'oxydation et plus particulièrement celles générées à l'interface métal/oxyde. Bien que l'origine des différentes contraintes ait fait l'objet de nombreuses études, l'influence d'une transformation de phase dans l'interface métal/oxyde sur le niveau de contraintes n'est pas encore clarifiée. Ce travail est consacré à l'étude de l'influence d'une mise en ordre de l'interface métal/oxyde tridimensionnelle sur le comportement thermomécanique à haute température d'un métal oxydé. Les déformations de croissance et d'épitaxie, liées à la mise en ordre (relation confirmée par des observations expérimentales menées en LEED et XPD), sont responsables de la formation de la structure duplex. Le modèle est appliqué aux cas de l'oxydation Ni (001) // NiO (001) et Ni (111) // NiO (001). Un modèle numérique tenant compte du comportement élasto-visco-plastique et de la morphologie duplex de la couche est développé. La couche inférieure et le substrat sont cohérents alors que la couche extérieure et celle sous-jacente sont incohérentes. Les contraintes résiduelles calculées pour différents régimes d'oxydation semblent être en accord avec les résultats expérimentaux obtenus par la méthode des rayons X.

Protective properties of oxide scale on high temperature alloys depend strongly on the adherence of the oxide scale and the residual stresses that may exist in the oxide and particularly at the metalloxide interface. Although the stress sources in the oxide scale on metallic substrate have been studied for many years, the influence of phase transformation in metal/scale interface on the stress level is not completely clarified. This work is devoted to the study of the influence of the ordering in the metal/oxide 3-dimensional interface on the thermomechanical behavior of high temperature oxidized metal. The growth and epitaxial deformation related to the ordering (confirmed by XPD and LEED data) are shown to be in the origin of the duplex structure formation. The model is applied to the oxidation cases of Ni (001) Il NiO (001) and Ni (111) Il NiO (001). A numerical modeling taking into account elasto-visco-plastic behavior and the duplex morphology of the scale is performed. The lower layer is coherent with the substrate and the upper incoherent with the lower one. The residual stress in the coating during different oxidation regimes is calculated. The numerical results seems to fit well the experimental data obtained by X-ray diffraction.