Formation par traitement de surface par laser d’une couche de chromine sur un alliage base nickel pour limiter le relâchement des cations en circuit primaire.

par Lucille Gouton

Thèse de doctorat en Mécanique-matériaux

Soutenue le 09-11-2015

à Paris, ENSAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) (laboratoire) et de Procedes et Ingenierie en Mécanique et Matériaux [Paris] (laboratoire) .

Le président du jury était Vincent Vignal.

Le jury était composé de Nadège Caron, Wilfried Pacquentin, Patrice Peyre, Morgan Dal.

Les rapporteurs étaient Dominique Daloz, Cécile Langlade.


  • Résumé

    Le contexte industriel de cette étude est la modification de surface de l’alliage 690(60%Ni, 30%Cr, 10%Fe) utilisé dans la fabrication de tubes de générateurs de vapeur.L’objectif de ce travail de thèse est donc de former, par traitement de fusion par laser nanopulsé, une couche de Cr2O3 étanche au relâchement du nickel. Pour maîtriser la formation decette couche, il est primordial de déterminer les paramètres opératoires influant sur lespropriétés de cette couche. L’objectif scientifique est alors d’expliquer les phénomènesintervenant pendant et après l’impulsion laser au niveau de l’extrême surface.Suite à une étude paramétrique détaillée, un traitement de fusion superficielle par laser nanopulsé a permis d’obtenir un fort rapport Cr/Ni en surface et une couche d’oxyde dense etcontinue. Afin de vérifier l’efficacité du traitement, des coupons traités ont été introduits dansune boucle simulant le milieu primaire.Des expériences et des calculs ont été mis en oeuvre pour tenter d’expliquer l’enrichissementen chrome de la surface à l’aide de ce procédé. Les résultats expliquent l’enrichissement enchrome jusqu’à la solidification du bain liquide en surface qui précède la formation du Cr2O3favorisée par la forte affinité du chrome avec l’oxygène et la grande stabilité de l’oxyde Cr2O3.

  • Titre traduit

    Laser surface treatment on a nickel based alloy in order to form chromium oxide to reduce cations release in primary circuit. Experimental and numerical study of laser mater interaction.


  • Résumé

    Alloy 690 (60%Ni, 30%Cr, 10%Fe) is mainly used in primary circuit pipes fornuclear power plants.The aim of this thesis is to form a Cr2O3 layer, using laser surface melting, with the objective ofcreating a chromium-rich oxide layer. In order to optimize the treatment, it was first important todetermine parameters influence on the layer oxide properties then, with the objective of adeeper understanding of mechanisms involved, to address thermo-physical phenomenaoccurring during and after the laser pulse striking the upper surface.A deep parametric study first enabled to find an optimized laser surface treatment whichproduces chromium enrichment of the upper surface and a dense and continuous oxide layer.This treatment has been applied on samples, set in a primary medium simulation loop.Experiments and calculations were carried out to provide understanding of surface chromiumenrichment by laser process. The results were shown to explain chromium enrichment until meltpool solidification occurred on the upper surface, assumingly just before chromium oxideformation. This was also promoted by a high affinity with oxygen and a higher stability of Cr2O3oxide compared with other potential oxide formation.


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