Etude de la nitruration de l'alliage de titane le Ti-6A1-4V

par Carine Ponticaud-Laurent

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Pierre Fauchais et de Pierre Lefort.

  • Titre traduit

    Plasma jet nitridation of titanium alloy the Ti-6A1-4V


  • Résumé

    Le but de l'étude de la nitruration de l'alliage de titane, le Ti-6A1-4V est de conférer à ce matériau une plus grande résistance à l'oxydation ainsi qu'une plus grande dureté de surface. Pour cela, deux voies de recherche de traitements de surface ont été entreprises : afin de connaître et mieux comprendre tous les mécanismes régissant cette réaction, nous avons tout d'abord étudié la nitruration de cet alliage par voie gazeuse. Puis dans le but de trouver une méthode de traitement rapide et pouvant s'effectuer à l'air libre, la nitruration par plasma d'arc a ensuite été abordée. Dans le cas d'une nitruration par voie gazeuse, nous avons constaté que la réaction est un mécanisme réactionnel unique, quelle que soit la température (entre 1175° et 1300°), basé sur la diffusion de l'azote de la surface vers le coeur du matériau. Cette diffusion crée une succession de phases nitrurées allant du nitrure stoechiométrique ð-TiN jusqu'à la phase α-(Ti, N). Au coeur du matériau, des aiguilles des phases α-(Ti, N) et β-(Ti, N) apparaissent. Pour la nitruration superficielle de l'alliage de titane par plasma d'arc, nous avons démontré que c'était réalisable à l'air libre, grâce à un anneau d'injection installé près de la surface à traiter (dans notre cas 10mm). Pour accroître la réactivité de surface, l'échantillon peut être soumis à un cycle de chauffage. En moins de 15 minutes, l'échantillon a une couleur dorée homogène et sa dureté superficielle s'est significativement accrue (dans un rapport de 2).


  • Résumé

    The aim of studying the titanium alloy, Ti-6A1-4V, nitridation is to give more oxidation resistance and a better superficial hardness to this material. In order to understand and better know all the mechanisms, two surfaces treatments have been studied. First, it is the gaseous nitridation and second, to find a quicker treatment realisable at atmospheric pressure, plasma jet nitridation has been studied. In the case of gaseous nitridation, it has been proved that reaction is governed by a single mechanism, whatever the temperature is (between 1175°C and 1300°C), based upon the nitrogen diffusion toward the substrate. This diffusion creates nitrided phases succession going from the( )-TiN stoechiometric nitride to the α-(Ti, N) phase. In the substrate's hearth, α-(Ti,N) and β-(Ti, N) needles appear. For the superficial plasma jet nitridation of the titanium alloy, we have demonstrated that the reaction can occur at atmospheric pressure, thanks to a round injector, put in near the substrate surface (in our case 10 mm). To increase the surface reactivity, a heating cycle can be imposed to the sample. In less than 15 minutes, the surface has a golden and homogeneous colour and the surface's hardness is considerably increased (by ywo).

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Informations

  • Détails : 166 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Ref. bibliogr.

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