Formation par cémentation activée de revêtements à base de siliciures de fer et de chrome destinés à assurer la protection du niobium et de ses alliages contre l'oxydation à haute température

Formation of a high temperature protective coating of silicide on niobum and niobum-base alloys using pack-cementation

• Auteur / Autrice : Hervé Bréquel
• Direction : Jean Steinmetz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cémentation (métallurgie)

Oxydation

Siliciures

Mots clés libres

Cémentation

Protection corrosion

Oxydation

Siliciuration

Effet composition

Vitesse corrosion

Revêtement non métallique

Résistance corrosion

Niobium

Alliage base niobium

Traitement thermochimique

Résumé

Pour améliorer les performances d'un revêtement constitué de nombreuses couches de siliciures quaternaires contenant niobium, fer, et chrome, une étude expérimentale du diagramme de phases de ce système quaternaire à été menée à 1200°C, pour des compositions comprises essentiellement entre 33 et 50 pour-cent atomique en silicium. Cette étude a permis d'identifier et de synthétiser plusieurs siliciures de familles différentes. De nombreux équilibres entre ces phases ont également été mis en évidence. Quelques composés massifs ont été caractérisés plus précisément, notamment en ce qui concerne leur composition chimique, leur structure cristallographique, leur cinétique et leur mécanisme d'oxydation. La substitution du niobium par le titane, et du fer par le cobalt ou le nickel ont aussi été envisagées pour réduire la cinétique d'oxydation. L'ensemble de ces travaux a permis un classement sommaire des siliciures identifiés dans le diagramme, et les plus résistant à l'oxydation isotherme à haute température ont été incorporés dans les revêtements. D'autre part, l'amélioration du processus de cémentation activée (''pack-cementation'') a été menées sur deux plans : • l'étude systématique de l'influence des paramètres tels que le nettoyage et la géométrie des pièces, le caractère plus ou moins inerte du diluant, et la nature du substrat (niobium pur ou alliage), • l'étude du mécanisme de la cémentation activée en privilégiant la diffusion gazeuse ou la diffusion à l'état solide. Enfin, une étude comparative de l'oxydation cyclique des divers revêtements élaborés a confirmé d'une part la résistance du revêtement standard industriel, et a permis d'autre part de retenir un nouveau revêtement susceptible de surpasser le précédent.

The aim of this study is to improve the properties of a silicide coating contanung niobium (colombium), iron, and chromium. An experimental study of the quaternary phase diagram of this system at 1200°C is achieved with the atomic percent amount of silicium include between 33 and 50. This study brought out sorne new quaternary silicides and the equilibrium path between each one. Sorne of these phases were studied with more accuracy : their chemical composition, their crystallographic structure, and their oxidation resistance. The exchanges of titanium instead of niobium, of cobalt or nickel instead of chromium were used to improve physical and chemical properties. AlI this work brought out the best resistant silicides in isothermal oxidation which were included in new coatings. An other part of this work was the improvement of the pack-cementation process : • by a systematic study of the role of different parameters such as the cleaning and geometry of samples, the non-polluting effect of dilution powder, and the composition of the substrate material (pure niobium or alloys), • by the study of the mechanism of pack-cementation process when gaseous diffusion or solid state diffusion is predominant. Finally, a comparative study of the different coatings properties in cyclic oxidation confirmed the industrial standard coating good resistance, and showed a new coating open to be better than the previous one.