Etude en fretting usure sous hautes températures d'un contact Waspaloy/René125 : formation et stabilité des "glaze layers"

par Fathia Alkelae

Thèse de doctorat en Science des matériaux

Sous la direction de Siegfried Fouvry.

Soutenue le 18-05-2016

à Lyon , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec École centrale de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône) (laboratoire) .

Le président du jury était François Robbe-Valloire.

Le jury était composé de Siegfried Fouvry, Maria Isabel De Barros Bouchet, Karim Demmou.

Les rapporteurs étaient Jean Denape, Cécile Langlade.


  • Résumé

    Les alliages à base de Nickel constituent les meilleurs matériaux actuellement développés pour répondre aux sollicitations sous hautes températures dans les domaines de l’aéronautique du nucléaire etc… L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier leur comportement en température sous sollicitations de fretting usure. Dans cette étude, on s’intéresse à un contact René125/Waspaloy représentatif d’une application aéronautique. Dans un premier temps nous avons étudié l’effet de la température. On montre qu’à partir de 400°C, l’interface génère la formation d’une glaze layer lubrifiante qui réduit considérablement la cinétique de l’usure. En fixant la température à 700°C (température de l’application industrielle), nous avons étudié la stabilité de ces couches protectrices vis-à-vis de la pression de contact, de l’amplitude de glissement, de la fréquence et du nombre de cycle appliqués. Cette analyse montre une évolution bilinéaire de l’usure avec une usure initiale rapide liée à la formation de la « glaze layer » puis une usure additionnelle quasiment nulle dès que la « glaze layer » est formée. Ces travaux montrent que le volume d’usure associée à la formation de la « glaze layer » est fonction de la vitesse de glissement. Au dessus d’une vitesse seuil de glissement, la formation de la « glaze layer » protectrice devient plus difficile. Une courbe maîtresse est ainsi établie. Des analyses chimiques des interfaces associées à des essais interrompus ont permis d’établir le scénario de formation de ces glaze layers. Pour finir, une étude comparative des revêtements développés dans le cadre du projet INNOLUB a été menée de façon à sélectionner le revêtement offrant les meilleures propriétés tribologiques pour l’application étudiée.

  • Titre traduit

    Study of Nickel based super-alloys under fretting wear sollicitations at high temperature : Glaze layer effect


  • Résumé

    Nickel based alloys are the most developed materials nowadays for applications at high temperature, as in aeronautics, nuclear…The aim of this study is to understand their behavior at high temperature under fretting wear solicitations. Thereby, we had focused on a tribosystem formed of Waspaloy/René 125, which represent the crankcase/blade contact of the low pressure Turbine. We started studying the temperature effect, it is been noticed that above T = 400°C, a lubricant tribofilm, called the Glaze Layer is generated at the interface of the contact, which enable an abrupt reduction in friction and wear rate. The temperature was than fixed at 700°C (service temperature), so the glaze layer stability was analyzed as a function of contact pressure, sliding amplitude, frequency and number of cycles imposed. This analysis shows a bilinear wear evolution, characterized by a fast initial wear related to the formation of the glaze layer, followed by almost no wear once the glaze layer is formed. This study showed that the wear rate related to the glaze layer formation is dependent of the sliding velocity. Above a sliding velocity threshold, the formation of a stabilized glaze layer is quite difficult. A Master curve is here established. Microscopic and spectroscopic investigations are conducted to analyze the interface based on interrupted tests of a very short duration. Leading to a precise description of the glaze layer formation mechanisms. At the end of this study, a comparative analysis of different coatings developed to improve these components behavior, in the framework of INNOLUB project was established, allowing choosing the coating offering the best tribological properties and lifetime.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (155 p.)
  • Notes : Thèse soumise à l'embargo de l'auteur jusqu'au 01 septembre 2017

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T2512
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Lyon. Bibliothèque Michel Serres.
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  • Cote : T2512 mag
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