Stabilité sous irradiation de particules d'oxydes finement dispersées dans des alliages ferritiques

Stability under irradiation of a fine dispersion of oxides in a ferritic matrix

• Auteur / Autrice : Isabelle Monnet
• Direction : Bernard Jouffrey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs nucléaires

Acier ferritique

Mots clés libres

Métal renforcé dispersion

Gaine (combustible)

Irradiation

Résumé

Les aciers ferrito-martensitiques renforcés par dispersion d'oxydes sont envisagés dans le cadre d'applications nucléaires à forte fluence et haute température, comme le gainage du combustible des réacteurs à Neutrons Rapides. La matrice cubique centrée assure une bonne résistance au gonflement et la dispersion d'oxydes améliore les propriétés mécaniques hors pile à haute température. Une gaine en DY (Fe-13Cr-1,5Mo+TiO 2+Y2 O3) a été irradié dans le réacteur expérimental Phénix. Les oxydes se sont dissout sous irradiation. Les observations microstructurales indiquent que l'évolution des oxydes dépend de la dose et consiste en quatre phénomènes : - les interfaces oxydes/matrice deviennent irrégulières, - les petits oxydes (< 20 nm) disparaissent - et il se forme un halo de petites particules autour des gros oxydes d'origine. L’utilisation d'un tel matériau nécessite l'étude de la stabilité sous irradiation de la dispersion d'oxydes, car les particules d'oxydes sont nécessaires au maintien des propriétés en fluage. Cette étude se base sur deux types de matériaux, le DY et quatre aciers ferritique Fe-9Cr-1Mo renforcés par Al2 O3, Y2 O3, MgO ou MgAl2 O4. Ces matériaux ont été irradiés par des particules chargées afin d'améliorer la compréhension de cette dissolution. Les irradiations aux ions hélium de 1 MeV n'induisent aucune modification de composition chimique, de répartition spatiale ou en taille des oxydes. Les ions hélium perdant la majorité de leur énergie sous forme d'interaction inélastique, la dissolution des oxydes n'est pas due à ce type d'interaction. Les irradiations aux électrons de 1 MeV et 1,2 MeV conduisent à une importante perte de rayon des oxydes, proportionnelle à la dose. La création de paires de Frenkel suffit donc à induire la dissolution des oxydes, pour autant que les atomes métalliques soient déplacés. La comparaison entre les irradiations in-situ aux ions et aux électrons met en évidence l'importance des défauts libres sur le phénomène de dissolution. Pour toutes les irradiations expérimentales (ions ou électrons) le spinelle MgAl2 O4 est plus résistant à la dissolution que Y2 O3, MgO et Al2 O3 étant encore moins résistants. Cet ordre est celui de la résistance des oxydes massifs à l'irradiation.