Etude de la résistance à la corrosion sèche oxydante, sous atmosphère contrôlée, de l'alliage CrxFeyNi(1-x-y) en utilisant des méthodes haut débit.

Study of the oxidative dry corrosion resistance, under controlled atmosphere, of CrxFeyNi(1-x-y) alloy using high-throughput methods.

• Auteur / Autrice : Camille Ferris
• Direction : Herve Martinez
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 29/01/2024
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux
• Jury : Président / Présidente : Rémy Dedryvere
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Djenizian, Arnaud Etcheberry, Andrew Gellman, Hervé Martinez, Samantha Soulé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Djenizian, Arnaud Etcheberry

Mots clés

Mots clés libres

Corrosion

Alliage

Csaf

Caractérisation de surface

Corrosion

Alloy

Csaf

Surface caracterization

Résumé

Les superalliages sont utilisés dans divers domaines et environnements hostiles en raison de leurs propriétés de résistance à la corrosion supérieures à celles des matériaux structuraux courants. Cependant, lorsqu'ils sont exposés à des environnements extrêmes, ces alliages sont susceptibles de se dégrader. L'étude de la corrosion, cause majeure potentielle d'endommagement, apparait comme essentielle pour l'optimisation fonctionnelle des alliages métalliques multicomposants. Leur composition est une donnée critique pour l'analyse du phénomène de corrosion, ce qui nécessite généralement l'étude d'un type d'alliage donné. L'élaboration des matériaux librairies ou des films d'alliages à répartition de composition, semblent être un moyen idéal d'acquérir des connaissances fondamentales sur ces systèmes couvrant l'ensemble de l'espace de composition. Dans ce projet de thèse, nous rapportons l'étude de films minces de superalliages CrxFeyNi1-x-y CSAFs (Alliages en films minces « multi-compositions » à répartition de composition), ainsi qu'une large étude préliminaire sur les matériaux binaires correspondants. L'analyse par rayons X à dispersion d'énergie (EDX) a été utilisée pour estimer l'épaisseur du film déposé et pour cartographier la composition globale du film des CSAFs. L'étude menée par Spectroscopie Photoélectronique à Rayonnement X (XPS) a permis de caractériser les états de surfaces initiaux. Ces matériaux CSAFs ont ensuite été exposés à différentes atmosphères corrosives : une atmosphère d'air sec puis de dioxyde de carbone (CO2). L'imagerie optique révèle des différences significatives dans la corrosion des alliages sur différentes régions de l'espace de composition. Les analyses par XPS combinées à des analyses de profondeur par décapage ionique l'Ar+ (profilage en profondeur), ont permis de mettre en relief la dépendance de la composition du mécanisme de corrosion et de sa passivation ; le tout obtenu en étudiant un seul échantillon. Nous avons pu déterminer la composition critique en chrome au-dessus de laquelle l'alliage est passivé contre la corrosion, x_Cr^*(x, y), cartographiée dans l'espace de composition de l'alliage. Ces résultats permettent de mieux comprendre le comportement global de l'impact de la corrosion sèche sur la réactivité de surface de ces matériaux, en fonction de la composition chimique. Ils offrent de nouvelles perspectives pour l'obtention de données dans les futures applications alliages métalliques multicomposants.

Superalloys are used in various fields and hostile environments due to their corrosion resistance properties superior to those of common structural materials. However, when exposed to extreme environments, these alloys are prone to degradation. The study of corrosion, a potential major cause of damage, appears essential for the functional optimization of multicomponent metallic alloys. Their composition is a critical factor for the analysis of the corrosion phenomenon, which generally requires the study of a specific type of alloy. The development of material libraries or films with composition distribution seems to be an ideal way to acquire fundamental knowledge about these systems covering the entire composition space. In this thesis project, we report the study of thin films of CrxFeyNi1-x-y CSAFs (Composition Spread Alloy Films), as well as a broad preliminary study on corresponding binary materials. Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX) was used to estimate the thickness of the deposited film and to map the overall composition of CSAFs films. The study conducted by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) characterized the initial surface states. These CSAFs materials were then exposed to different corrosive atmospheres: a dry air atmosphere and carbon dioxide (CO2). Optical imaging reveals significant differences in the corrosion of alloys in different regions of the composition space. XPS analyses combined with depth analysis by Ar+ ion sputtering (depth profiling) highlighted the dependence of the corrosion mechanism and passivation on the composition; all obtained by studying a single sample. We were able to determine the critical chromium composition above which the alloy is passivated against corrosion, x_Cr^*(x, y), mapped in the alloy composition space. These results provide a better understanding of the overall behavior of the impact of dry corrosion on the surface reactivity of these materials, depending on the chemical composition. They offer new perspectives for obtaining data in future applications of multicomponent metallic alloys.