Contribution à l'étude de la résistance à l'oxydation d'alliages Fe-Cr-Al type ODS : aspects cinétiques, diffusionnels et microstructuraux

par Laurent Maréchal

Thèse de doctorat en Physique.Métallurgie et matériaux

Sous la direction de Anne-Marie Huntz-Aubriot.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Cette étude s'est concentrée sur trois différents aspects de la corrosion à haute température des alliages Fe-Cr-AI et en particulier l'alliage Fe-Cr-AI ODS (Oxide Dispertion strengthened) fourni par la société PLANSEE, le PM 2000. L'étude cinétique de l'alliage, soumis à une oxydation sous oxygène, a démontré un excellent comportement de ce dernier et les couches d'alumine α ont présenté une morphologie compacte caractérisée par une structure duplex composée d'une épaisse couche de grains colonnaires surmontée d'une plus fine couche de grains équiaxes. Un enrichissement en titane de l'interface interne métal/oxyde a été mis en évidence pour les plus longs temps d'oxydation (supérieurs à 15 jours). L'étude diffusionnelle a permis de déterminer les coefficients de diffusion de l'aluminium dans le substrat. Cette diffusion, due à la formation de la couche d'oxyde, s'est avérée plus lente dans les alliages de type ODS que dans les alliages Fe-Cr-AI non ODS ne comportant pas d'éléments d'addition. Sur la base des vitesses d'appauvrissement du substrat en aluminium, la durée de vie "chimique" de l'alliage a été estimée en fonction de l'épaisseur de l'échantillon, c'est à dire du réservoir en aluminium. Les transformations de phases (alumines de transition -alumine α) au sein de la couche d'oxyde ont été étudiées à l'aide d'une technique originale dans ce contexte: la déflexion. Celle-ci a permis de mettre en évidence les cinétiques de transformation de l'alumine γ en alumine α lors des premiers temps de l'oxydation sur l'alliage PM 2000 dans une gamme de température allant de 900ʿC à 1060ʿC. Cette étude, réalisée sous atmosphère réduite d'oxygène, a aussi mis en évidence l'influence de la pression d'oxygène sur les cinétiques de formation des différentes phases d'alumine dans les premiers temps de l'oxydation.


  • Résumé

    This study has concerned three different aspects of the high temperature corrosion of Fe-Cr-AI alloys and especially the PM 2000, an CDS Fe-Cr-AI alloy (Oxide Dispersion Strengthened) supplied by the PLANSEE industrial company. The kinetic study of the alloy, which was oxidised under oxygen, has confirmed the excellent behaviour of the PM 2000 Fe-Cr-AI alloy and the α-alumina scales formed during oxidation are very compact and characterized by a duplex morphology composed of a large scale of columnar grains surmounted by a fine equiaxe grains scale. A titanium enrichment of the metal/oxide interface has been observed for the longest duration of oxidation (higher than 15 days). The aluminium diffusion study has allowed to determine the AI diffusion coefficients in the substrate. This diffusion, due to the formation of an alumina scale, is slower in the ODS Fe-Cr-AI alloys type than in other non-ODS alloys containing no reactive elements like titanium or yttrium. The alloy life lime has been estimated from the substrate impoverishment in aluminium as a function of the sample thickness, which is related to the aluminium reservoir. The phases transformation study in the alumina scale in the first steps of oxidation was performed by using an original experimental technique: the deflection. This technique has given good information about the kinetics of transformation from γ-alumina to α-alumina in a range of temperature from 900ʿC to 1060ʿC. This study, which was performed under a small partial pressure of oxygen, has also proved the influence of the oxygen partial pressure on the kinetics of formation of the alumina phases during the first steps of oxidation.

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Informations

  • Détails : 185 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)302
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