Elaboration et étude des revêtements réfractaires sur un acier inoxydable austenitique Fe-Ni-Cr

Development and study of the refractory coating on austenitic stainless steel, iron, nickel, chromium

• Auteur / Autrice : Sidi Mohammed El Alaoui
• Direction : Lucien Ariès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement de surface
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Anticorrosifs

Matériaux réfractaires

Propriétés thermiques

Revêtement de céramique

Corrosion

Acier inoxydable austénitique

Mots clés libres

Alumine

Couche de conversion

Barrière thermique

Oxydation à haute température

Acier inoxydable austénitique

Résumé

L'élévation de température du fonctionnement des machines thermiques et notamment des moteurs (chambres de combustion, turbines des moteurs aéronautiques. . . ) permet d'augmenter leur rendement en vue d'économie d'énergie. Le problème majeur du fonctionnement à haute température est celui de la tenue à l'oxydation des métaux et alliages. L'emploi de barrières de diffusion et de barrières thermiques constituées de matériaux réfractaires permet de pallier à ce problème. L'efficacité de ces barrières dépend de leur formulation qui est liée à leurs conditions de fabrication. Ce travail s'inscrit dans le développement de revêtements céramiques (alumine) élaborés par chimie douce pour protéger les aciers inoxydables réfractaires et les super alliages contre l'oxydation à haute température. Ces revêtements sont obtenus par voie chimique, sur un substrat préalablement fonctionnalisé par un traitement de conversion. Les résultats présentés concernent un revêtement d'alumine sur un substrat en acier inoxydable austénitique. Une première étape a été l'optimisation du traitement de conversion et notamment la formulation du bain pour fonctionnaliser le substrat. Les couches de conversion obtenues sont nanostructurées et présentent un caractère fractal. Dans une deuxième étape, l'utilisation de la Méthodologie de la Recherche Expérimentale (M. R. E) nous a permis d'optimiser les conditions du dépôt d'alumine ; il s'agit d'un dépôt induit par électrolyse et particulièrement adhérent. Deux paramètres importants ont été étudiés: le temps et la densité du courant. Ces dépôts caractérisés par spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS), par Diffraction des RX et MEBrévèlent des gradients de concentration en élément réfractaire ce qui explique la bonne résistance à l'écaillage. Les tests thermogravimetriques ont montré une amélioration très significative de la tenue à l'oxydation à haute température de l'acier.

The rise in temperature of operation of the heat engines and in particular of the engines (combustion chambers, aeronautical turbines of engines. . . ) makes it possible to increase their output for energy saving. The major problem of operation at high temperature is that of the behaviour to oxidation of metals and alloys. The use of thermal refractory material barrier and diffusion barriers made up makes it possible to mitigate this problem. The effectiveness of these barriers depends on their formulation which is related to their conditions of manufacture. This work falls under the development of ceramic coatings (alumina) worked out by soft chemicals to protect the refractory stainless steels and super alloys against oxidation at very high temperature. These coatings are obtained by chemical way, on a substrate functionalized beforehand by a treatment of conversion. The results presented relate to an alumina coating on austenitic stainless steel substrate. A first stage consisted in optimizing the treatment of conversion and in particular the formulation of the bath to functionalize the substrate. The layers of conversion obtained are nanostructurées and present a character fractal. In a second stage, the use of the Experimental design methodology (M. R. E), us made it possible to optimize the properties of the alumina deposit; it is about a deposit induced by electrolysis and particularly member. Two significant parameters were studied: the time and density of current. These deposits characterized by spectroscopie of mass of the secondary ions (SIMS) and Diffraction of the X-ray reveal gradients of concentration in radiant what explains good resistance to chipping. The tests thermogravimetric showed a very significant improvement of the behaviour to oxidation at high temperature of steel.