Modification des mécanismes d'oxydation du titane et de ses alliages par traitement de chimie douce à l'acide orthophosphorique

par Serge Yapi Brou

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Gilles Bonnet.

Soutenue en 2009

à La Rochelle .


  • Résumé

    L‘intérêt porté aux aluminiures de titane dans l’industrie aéronautique, notamment pour la fabrication des tuyères et des aubes de turbines, est justifié par leurs excellentes propriétés mécaniques à haute température et leur faible densité par rapport aux aciers et alliages à base nickel actuellement utilisés. Cependant, ces matériaux ont pour inconvénient de présenter une piètre résistance à la corrosion par les gaz oxydants aux températures excédant 700°C. L’objectif de cette étude était donc d’améliorer le comportement en oxydation à haute température des aluminiures de titane, à l’aide d’un traitement de surface par « chimie douce », destiné à introduire l’élément phosphore. Les matériaux d’étude : Ti-54Al, TA6V et titane non allié, ont été immergés (dipping) dans une solution d’acide orthophosphorique dilué à l’acétone, séchés à l’air, puis soumis à un traitement thermique sous air ou argon. On observe la formation à la surface des échantillons d’un film micrométrique constitué d’un composé de type pyrophosphate. Au cours des tests d’oxydation sous air (températures de 700°C à 900°C), ce film de pyrophosphate commence par ralentir fortement la vitesse d’oxydation en jouant le rôle de barrière à la diffusion. Ce pyrophosphate évolue ensuite, de manière plus ou moins rapide en fonction de la température, vers une phase TiO2 contenant du phosphore. Cette phase permet également de réduire la vitesse d’oxydation des substrats, réduction attribuée à un effet de dopage par l’ion phosphore P5+, effet qui va en s’atténuant lorsque l’oxydation se poursuit.

  • Titre traduit

    On dipping of titanium and its alloys in phosphoric acid : modification of mechanism oxidation


  • Résumé

    The interest devoted to titanium aluminides in the aircraft industry, in particular for the fabrication of valves and turbines blades, is mainly linked to their good specific properties and to their density lower than that of steels or nickel based alloys used nowadays. However, these alloys show a poor oxidation resistance at elevated temperature, above 700°C. The aim of this study was to increase the oxidation resistance of titanium aluminides by surface treatment allowing to introduce phosphorus element. The substrates, Ti-54Al, TA6V and pure titanium, were dipped in solutions of phosphoric acid and acetone, air dried, then heated under air or argon gas. At the end of the heating ramp, samples surfaces were covered by a micrometric layer constituted of a pyrophosphate compound, well adhered to the substrate. During oxidation tests under air (temperature from 700°C to 900°C), this layer of pyrophosphate allowed to reduce the oxidation rate by a diffusion barrier effect. This pyrophosphate compound was shown to evolve, more or less rapidly in relation with oxidation temperature, towards phosphorus containing TiO2. This new phase was also able to decrease the oxidation rate and this effect was attributed to a doping effect due to the presence of P5+cations. This effect progressively diminished with oxidation time

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Informations

  • Détails : 1 vol. (158 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chap.

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